Пуэ таблица сечения проводов по току и мощности пуэ: Расчет сечения кабеля по мощности

Содержание

Сечение кабеля или как правильно выбрать кабель

При выборе сечения кабеля проектировщики руководствуются ПУЭ глава 1.3 «Выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны». В этом разделе представлены специальные таблицы сечения кабеля по мощности и току.

В данном ПУЭ расчеты даны для медных и алюминиевых кабелей, но с июня 2003 года алюминиевая электропроводка запрещена приказом Минэнерго ввиду высокой пожароопасности. С ноября 2017 алюминий снова разрешили применять в жилых и административных зданиях, но только определенные сплавы. 

Производителям все-таки удалось получить сплав алюминия, не уступающий по характеристикам меди. Кроме того, у алюминия есть определенные преимущества перед медью: например, легкость, относительная дешевизна.

На сегодняшний день этот кабель протестирован ведущими строительными компаниями, но на рынок Екатеринбурга активно не поставляется, и массово еще не применяется.

Маркировка кабеля

Когда прокладывается новая силовая проводка, берется трехжильный (220В) либо пятижильный (380В) кабель следующих маркировок: ПВС, ВВГ, NYM. Кабель (провод) ПВС используется ограниченно, как правило, для бытовых нужд, в домашней электропроводке – подключить светильник, тройник. В определенных случаях его используют при проведении слаботочных сетей. Кабель NYM используется редко в силу высокой цены. Особо останавливаться на них не будем. Рассмотрим подробнее маркировку ВВГ.

Двойная буква В обозначает, что у кабеля 2 оболочки и обе изготовлены из поливинилхлорида. Буква Г – значит «голый», то есть такой кабель нельзя укладывать, например, под землей без дополнительной защиты.

Чаще всего используются следующие разновидности кабеля ВВГ: ВВГнг LS (для всех электроснабжающих сетей) и ВВГнг frLS (для систем пожаробезопасности).

Буквы «нг» обозначают, что кабель не поддерживает горение. Кабель с такой маркировкой отвечает современным требованиям пожарной безопасности. Маркировка LS говорит о том, что в случае возгорания выделения дыма сведены к минимуму. Буквы fr указывают на то, что дополнительно для защиты от возгорания при изготовлении кабеля использованы материалы из слюды.

Далее рассмотрим цифровые обозначения. Например, маркировка ВВГнг

LS 3*2,5, указывает на то, что в данном кабеле 3 жилы (провода), а сечение жилы кабеля равно 2,5 мм.кв.

С обозначениями разобрались. Итак, как сделать расчет сечения кабеля по мощности? Для этого нужно рассмотреть все существующие и потенциальные электроприемники на объекте, суммировать мощности этого оборудования и умножить на поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент (К одновременности) получают, прикинув, какое оборудование будет использовано одновременно в течение длительного времени.

Например, сложив мощности всего электрооборудования, мы получили 50000 Вт (50 кВт), при этом одновременно работает не более 75% всех приборов.

50 * 0.75 = 37,5 (кВт)

Теперь смотрим по таблице, какое сечение кабеля необходимо использовать, чтобы провести сеть. Подобных таблиц более или менее повторяющих друг друга существует множество в разных источниках. Напомним, что все они основаны на ПУЭ плюс на опыте конкретного специалиста.

Медные провода

Сечение жилы, мм.кв.

Напряжение 220 В

Напряжение 380 В

Ток, А

Мощность, кВт

Ток, А

Мощность, кВт

19

4,1

16

10,5

1,5

27

5,9

25

16,5

2,5

38

8,3

30

19,8

4

46

10,1

40

26,4

6

70

15,4

50

33,0

10

85

18,7

75

49,5

15

115

25,3

90

59,4

25

135

29,7

115

75,9

35

175

38,5

145

95,7

50

215

47,3

180

118,8

70

260

57,2

220

145,2

95

300

66,0

260

171,6

120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбираем наиболее приближенные к полученному результату значения. Получаем, что для 220 В нужен кабель сечения 50 кв.мм, а для трехфазной цепи 380 В – ближе всего 10 кв.мм. Обычно рекомендуется брать сечение с запасом (на случай увеличения числа электроприборов на объекте, либо подключения оборудования большей мощности), но данная таблица уже содержит в себе некоторый запас.

 

Длительно-допустимый ток кабеля по ПУЭ — таблица и пояснения

Токи, протекающие по кабелю, нагревают проводник. Это не относится к полезному действию тока, как например, нагревание спирали лампочки или электрической плитки. Поэтому мы и не учитываем это действие, когда рассчитываем общую мощность потребления. Однако забывать о расходе энергии на нагревание проводов не следует, так как это может привести к печальным последствиям.

Величина тока, протекающего по проводам, зависит от мощности устройств-потребителей, так как мощность, выделяемая на самих проводах, пренебрежимо мала — в связи с малым удельным сопротивлением металлов, используемых для провода и в кабеле проводки. Ток течет только тогда, когда мы включаем в сеть приборы. При этом суммарный ток в каждый момент времени определяется только мощностью приборов (связанной с сопротивлением), потребляющих энергию в сети именно в этот момент времени. Но при расчете сети по току и мощности всегда необходимо брать только ситуации, когда одновременно включены все потребляющие устройства. Только такой подход дает возможность застраховаться от всех возможных перегрузок. Но и это еще не все. В момент включения многие устройства потребляют так называемый стартовый ток, который может быть процентов на 10–20 выше по потреблению от стационарной работы данного устройства. Это связано у некоторых устройств с трудностью запуска — разгона массивных роторов, создания рабочих перепадов давления и так далее. Поэтому при выполнении расчета требуется делать поправку еще и на это.

Допустимый длительный ток для кабелей 

Токонесущие провода под действием тока нагреваются всегда. Весь вопрос только в количестве выделяемой теплоты. С одной стороны, она зависит от протекающего тока, удельного сопротивления материала проводника, его сечения, с другой — от факторов отведения тепла в условиях прохождения проводов: от количества проводов и их близости, изоляции, которая препятствует теплоотводу, наличия коробов или каналов, в которые заправлен кабель, скрытности проводки. И вообще, от климатических факторов, действующих на кабель в местах прохождения проводов: вентиляции, открытого пространства и так далее.

Качество проводки и старение

В результате действия всех этих многочисленных факторов провод, систематически нагревающийся от проходящего по нему тока, с точки зрения безопасности может быть:

  • Надежным носителем тока и напряжения. У такого провода срок будущей безаварийной работы можно считать неограниченным.
  • Старым или стареющим носителем электроэнергии. Качество провода за время эксплуатации снизилось, ухудшилась изоляция, стыки и соединения проводов потеряли часть проводимости. Старение провода имеет склонность со временем накапливаться и способствовать увеличению скорости старения и возрастанию отрицательных факторов.
  • Опасной проводкой электроэнергии. Режим работы таков, что аварии вероятны. Это выражается в увеличении нагрева проводов на обычном токе, неравномерности нагрева из-за ухудшения изоляции, окислении контактов, ухудшении равномерности сечения проводов из-за естественного для металлов окисления. Неравномерности тоже имеют свойство усиливать старение и локально ухудшать качество.

 Температура, таким образом, является очень важным показателем безопасности работы электрической проводки. Кроме того, температурный режим сам по себе способен ухудшать проводку, а в случаях превышения предельного порога приводить к авариям. В результате допустимые токовые нагрузки кабелей должны быть уменьшены.

Например, есть такое правило, что каждые 8° лишнего нагрева кабеля по току ускоряют процессы (и химические, и физические) в материале в два раза. Это отражается на характеристиках проводника (особенно алюминиевого) и ухудшает характеристики изолятора.

Изоляция и температура

Изоляция в результате нагрева сама может стать источником опасных и вредных факторов. Например, ПВХ при увеличении температуры ведет себя так:

  • 80 °С — размягчение;
  • 100 °С — выделение HCl (летучего вредного газа, хлористого водорода, который при растворении в воде становится соляной кислотой). С повышением температуры процесс усиливается. При 160 °С его уже выделится 50%, при 300 °С — 85%;
  • 210 °С — плавление;
  • 350 °С — начинается возгорание углеродной основы ПВХ.

Это касается твердого ПВХ, мягкий содержит много добавок-пластификаторов, которые улетучиваются и способны загореться уже при 200 °С.

Размягчение, тем более плавление, кроет в себе другую опасность — могут сблизиться несущие ток провода, что обычно приводит к КЗ и возгоранию.

По соображениям безопасности верхней границей температуры проводов, по которым проходит электрический ток, установили 65 °С. Это при окружающей температуре воздуха 25 °С, земли — 15 °С.

Задача выдержать такую норму нагрева состоит в том, чтобы для всего разнообразия условий подобрать сечения для проводов из разных материалов, применяемых в электротехнике, достаточные для безопасного, то есть без накопления тепла, прохождения тока.

Обязательным условием является то, что имеется в виду допустимый длительный ток для кабелей, а не кратковременные перегрузки.

От внезапных перегрузок по току провода и кабели должны защищать автоматы на щите питания.

Причем их номиналы подбираются так, чтобы они были выше токов, возникающих при кратковременных, но допустимых перегрузках, но ниже опасных для сети перенапряжений.

Структура проводки потребляющей сети

Потребляющая сеть состоит из нескольких групп потребителей. В каждой из них свой характер нагрузок и режим токов, следовательно, и проводка должна соответствовать правилам безопасности. Самое главное правило: должна быть обеспечена высокая нагружаемость там, где нагружено. То есть вводные провода, несущие всю тяжесть потребления в сети, должны быть самыми большими по сечению, поскольку через них идет расход энергии на всю мощность нагрузок в рассматриваемой сети.

Пример. Расчет сечения кабеля для квартирной потребляющей сети

В таблице приведены приборы потребления

 

Ток шины из формулы суммарной мощности

Формула суммарной мощности

при KИ , коэффициенте использования, равном 75% и cos j = 1,

получается в диапазоне  I = 41–81 А. Для проводки, учитывающей любые возможные варианты мощностей подключаемых электроприборов, следует брать верхнее значение и запас на будущее порядка 10–20%. Поэтому принимаем максимальный ток, равный 100 А.

Возможно, такая нагрузка ляжет на шины домовой сети тяжким бременем, и электроснабженческая организация не разрешит иметь столько потребителей сразу, однако выбор проводов не должен зависеть от таких «политических» вопросов. Тем более что проводка в старых домах уже демонстрирует недальновидность прежних ограничений.

Сечение шин, подведенных к квартирам, надо принимать как данность. Если мы делаем разводку в квартире сами, то делим ее на несколько подсетей по группам по току потребляющих устройств. От шин щитка питания каждая подсеть будет запитана отдельно. И выполнять ее нужно с расчетом на максимальное потребление именно в этой подсети.

ПУЭ — правила устройства электроустановок

Для регламентации безопасности, касающейся всего, что связано с электроэнергией, существует система правил, которые начали разрабатываться с самого начала использования электроэнергии (1899 год, Первый всероссийский электротехнический съезд) и приводиться в систему, близкую к современной, сразу после Великой Отечественной войны в 1946–1949 годах. И существуют и продолжают разрабатываться и сейчас — в России, Белоруссии и на Украине.

Электробезопасность — это очень серьезно, несмотря на расхождения во взглядах где-то еще. У нас, например, предусматриваются и штрафы за несоблюдение правил устройства электроустановок для граждан, должностных лиц и предпринимателей и для юридических лиц.

То, что касается безопасности электропроводки, собрано в 1 разделе в 3 главе.

В таблицах отображен допустимый длительный ток для кабелей для множества вариантов проводов, металлов (разное удельное сопротивление), изоляции, характера (одножильный – многожильный), сечения провода, а также способов прокладки кабеля.

Полный текст 3 главы из 1 раздела 7-го издания ПУЭ имеется в следующем файле. Допустимый длительный ток для кабелей в них представлен в таблицах 3.1.7.4 – 3.1.7.11.

Для нашего примера построим таблицу, разбив всех потребителей на группы, в каждой группе посчитаем суммарную мощность, ток и найдем по ПУЭ соответствующее ему сечение кабеля для меди и алюминия.

В нашем случае выделим подсети и просчитаем для каждой из них суммарную мощность и максимальный ток. Из ПУЭ сделаем выбор сечения провода для медных проводов и алюминия:

Получилось, для осветительной сети подходит сечение провода 1 мм2 меди или 2 мм2  алюминия.

Для розеточной сети с невысоким потреблением (жилые помещения), соответственно,
1,5 и 2,5 мм2.

Две розеточные подсети со значительным уровнем потребления — в кухне и ванной — дали 4 и 5–6 мм2.

Отдельные потребители могут быть запитаны и отдельной проводкой с индивидуальным расчетом тока и сечения.

Похожие статьи:

Толщина провода в зависимости от мощности таблица

Как рассчитать сечение провода по мощности нагрузки

Электросети являются потенциальным источником пожарной опасности. Чтобы свести к минимуму возможность аварии, монтаж внутридомовой проводки осуществляется в строгом соответствии с установленными техническими нормативами. Рассмотрим правила правильного выбора необходимого материала, таблицу сечения кабелей по мощности, нюансы расчета нагрузки на электросети.

Для чего нужен расчёт сечения кабеля

Основное требование, предъявляемое к линиям электропередач – безопасность их эксплуатации. Поэтому, с особой внимательностью следует подходить к выбору сечения кабеля по току. Если оно окажется чересчур маленьким, проводка будет греться из-за большой нагрузки. Это, в свою очередь, способно привести к расплавлению изоляционной оплётки, короткому замыканию с последующим пожаром.

Использование проводов слишком большого сечения обезопасит дом от возгорания, но приведёт к неоправданному перерасходу денежных средств. Самый рациональный вариант при прокладке проводки – подобрать кабеля с оптимальным сечением жилы. Точные рекомендации по правильному подбору проводки даны в гл. №1.3 «Правил установки электрооборудования».

Выбор площади поперечного сечения проводника производится в соответствии со следующими параметрами:

  • Сила тока (А).
  • Мощность тока (кВт).
  • Материал изготовления проводки (медь или алюминий).
  • Количество фаз (1 или 3).

Выбираем сечение по мощности

Выбор сечения провода в зависимости от мощности тока начинается с проведения небольших расчётов. Для этого следует сложить общую мощность электрических устройств, которые будут одновременно включаться в квартире. На каждом приборе обычно указывается его мощность в ваттах или киловаттах. В будущем возможно приобретение новых бытовых электроприборов, поэтому к полученной суммарной мощности нужно прибавить ещё 1-2 киловатта.

Для устройства внутридомовой электропроводки рекомендуется использовать медные кабели. Они, хотя и стоят дороже алюминиевых, но обладают большей гибкостью, долговечностью и лучшей электропроводностью. Ниже представлены таблицы выбора сечения кабеля по мощности и силе тока для медной проводки.

Таблица 1. Вычисление мощности медной однофазной проводки напряжением в 220 вольт:

Мощность тока (кВт)Сила тока (амперы)Сечение провода (кв. мм)
4,1191,5
5,9272,5
8,3384
10,1466
15,47010
18,78516
25,311525
29,713535
38,517550
47,321570
57,226095
66300120

Таблица 2. Подбор сечения кабеля для медной трёхфазной проводки напряжением в 380 вольт.

Мощность тока (кВт)Сила тока (амперы)Сечение провода (кв. мм)
10,5161,5
16,5252,5
19,8304
26,4406
335010
49,57516
59,49025
75,911535
95,714550
118,818070
145,222095
171,6260120

Таблица сечения проводки в зависимости от силы и мощности тока для алюминиевых проводов выглядит иначе. В представленных выше таблицах приведены показатели соотношения сечение – ток, в зависимости от его мощности и силы. Сила тока, проходящего по проводнику, не является постоянной величиной, и может изменяться в зависимости от следующих показателей:

  • Длина провода.
  • Размера сечения.
  • Показатель удельного сопротивления материала, из которого он сделан.
  • Температура проводника. С нагревом проводки сила тока падает.

Ниже показаны соотношения «сила тока – сечение провода» для различных вариантов прокладки. Основные цифры отдельно указаны для медных и алюминиевых проводов.

Таблица 3. Подбор сечения кабеля по мощности для алюминиевой однофазной проводки напряжением в 220 вольт.

Мощность тока (кВт)Сила тока (амперы)Сечение провода (кв. мм)
4,4202,5
6,1284
7,9366
115010
13,26016
18,78525
2210035
29,713550
36,316570
4420095
50,6230120

Таблица 4. Подбор сечения кабеля для алюминиевой трёхфазной проводки напряжением 380 вольт.

Мощность тока (кВт)Сила тока (амперы)Сечение провода (кв. мм)
12,5192,5
15,1234
19,8306
25,73910
36,35516
46,27025
56,18535
72,611050
92,414070
112,217095
132,2200120

Как рассчитать по току

В представленных выше таблицах приведены показатели соотношения сечение – ток, в зависимости от его мощности и силы. Сила тока, проходящего по проводнику, не является постоянной величиной, и может изменяться в зависимости от следующих показателей:

  • Длина провода.
  • Размера сечения.
  • Показатель удельного сопротивления материала, из которого он сделан.
  • Температура проводника. С нагревом проводки сила тока падает.

В таблицах ниже приведены соотношения «сила тока – сечение провода» для различных вариантов прокладки. Основные цифры отдельно указаны для медных и алюминиевых проводов.

Таблица 5. Соотношение силы тока и сечение алюминиевой проводки.

Сечение провода (кв. мм)Показатель силы тока для алюминиевых проводов
Открыто проложенныхПроложенных в защитной трубе
Два одножильныхТри одножильныхЧетыре одножильныхОдин двухжильный
22119181517
2,52420191916
32724222122
43228282325
53632302728
63936323031
84643403738
106050473942
167560605560
2510585807075
35130100958595
50165140130120125
70210175165140150
95255215200175190
120295245220200230
150340275255
185390
240465
300535
400645

Таблица 6. Соотношение силы тока и сечение медной проводки.

Сечение провода (кв. мм)Показатель силы тока для медных проводов
Открыто проложенныхПроложенных в защитной трубе
Два одножильныхТри одножильныхЧетыре одножильныхОдин двухжильный
0,521
0,752420191916
32724222122
43228282325
53632302728
63936323031
84643403738
106050473942
167560605560
2510585807075
35130100958595
50165140130120125
70210175165140150
95255215200175190
120295245220200230
150340275255
185390
240465
300535
400645

Расчёт сечения кабеля по мощности и длине

Из-за сопротивления материала происходит некоторая потеря напряжения при прохождении тока сквозь проводник. Чем длиннее проводка, тем большая величина этих потерь. Однако, ощутимые потери могут возникнуть на линиях электропередач протяжённостью, измеряемой километрами. Для бытовой проводки они столь несущественны, что ими можно вполне пренебречь.

Рассчитываются основные показатели электротока по следующим формулам:

  • Сила тока: I = Р / (U cos ф), где:
    I — искомая сила тока.
    Р — мощность.
    U — напряжение.
    cos ф — коэффициент, применяемый для бытовой проводки. Обычно принимается за единицу.
  • Сопротивление провода: Rо=р L / S, где:
    Rо — удельное сопротивление проводника.
    р — удельное сопротивление материала, из которого он изготовлен (медь или алюминий).
    L — длина проводки.
    S — площадь сечения провода.

Открытая и закрытая прокладка проводов

При расчёте нагрузки на кабель принимается во внимание и особенности прокладки электрической линии. Существует два способа её размещения — закрытый и открытый. В стенах, изготовленных из негорючих стройматериалов – бетона, кирпича, – применяют закрытую прокладку, в специально проделанных канавках-штробах.

В деревянных зданиях проводка прокладывается открытым способом, в защитных кабель-каналах или в гофрированных трубах. Для закрытого способа монтажа используют плоские провода, а для открытой-округлые.

Таблица зависимости мощности от сечения провода

Большое значение в электротехнике имеет такая величина, как поперечное сечение провода и нагрузка. Без этого параметра невозможно проведение каких-либо расчетов, особенно, связанных с прокладкой кабельных линий. Ускорить необходимые вычисления помогает таблица зависимости мощности от сечения провода, применяемая при проектировании электротехнического оборудования. Правильные расчеты обеспечивают нормальную работу приборов и установок, способствуют надежной и долговременной эксплуатации проводов и кабелей.

Правила расчетов площади сечения

На практике расчеты сечения любого провода не представляют какой-либо сложности. Достаточно всего лишь вычислить сечение кабеля по диаметру с помощью штангенциркуля, а затем полученное значение использовать в формуле: S = π (D/2)2, в которой S является площадью сечения, число π составляет 3,14, а D представляет собой измеренный диаметр жилы.

В настоящее время используются преимущественно медные провода. По сравнению с алюминиевыми, они более удобны в монтаже, долговечны, имеют значительно меньшую толщину, при одинаковой силе тока. Однако, при увеличении площади сечения стоимость медных проводов начинает возрастать, и все преимущества постепенно теряются. Поэтому при значении силы тока более 50-ти ампер практикуется применение кабелей с алюминиевыми жилами. Для измерения сечения проводов используются квадратные миллиметры. Наиболее распространенными показателями, применяемыми на практике, являются площади 0,75; 1,5; 2,5; 4,0 мм².

Таблица сечения кабеля по диаметру жилы

Основным принципом расчетов служит достаточность площади сечения, для нормального протекания через него электрического тока. То есть, допустимый ток не должен нагревать проводник до температуры свыше 60 градусов. Падение напряжения не должно превышать допустимого значения. Этот принцип особенно актуален для ЛЭП большой протяженности и высокой силы тока. Обеспечение механической прочности и надежности провода осуществляется за счет оптимальной толщины провода и защитной изоляции.

Сечение провода по току и мощности

Прежде чем рассматривать соотношение сечения и мощности, следует остановиться на показателе, известном, как максимальная рабочая температура. Данный параметр обязательно учитывается при выборе толщины кабеля. Если этот показатель превышает свое допустимое значение, то из-за сильного нагрева металл жилы и изоляция расплавятся и разрушатся. Таким образом, происходит ограничение рабочего тока для конкретного провода его максимальной рабочей температурой. Важным фактором является время, в течение которого кабель сможет функционировать в подобных условиях.

Основное влияние на устойчивую и долговечную работу провода оказывает потребляемая мощность и сила тока. Для быстроты и удобства расчетов были разработаны специальные таблицы, позволяющие подобрать необходимое сечение в соответствии с предполагаемыми условиями эксплуатации. Например, при мощности 5 кВт и силе тока в 27,3 А, площадь сечения проводника составит 4.0 мм2. Точно так же подбирается сечение кабелей и проводов при наличии других показателей.

Необходимо учитывать и влияние окружающей среды. При температуре воздуха, на 20 градусов превышающей нормативную, рекомендуется выбор большего сечения, следующего по порядку. То же самое касается наличия нескольких кабелей, содержащихся в одном жгуте или значения рабочего тока, приближающегося к максимальному. В конечном итоге, таблица зависимости мощности от сечения провода позволит выбрать подходящие параметры на случай возможного увеличения нагрузки в перспективе, а также при наличии больших пусковых токов и существенных перепадов температур. Для быстрого расчета воспользуйтесь калькулятором расчета сечения кабеля по мощности.

Формулы для расчета сечения кабеля

Сечение медного провода по мощности – Таблица

Как выбрать сечение кабеля

При прокладке электропроводки требуется знать, кабель с жилами какого сечения вам надо будет прокладывать. Выбор сечения кабеля можно делать либо по потребляемой мощности, либо по потребляемому току. Также учитывать надо длину кабеля и способ укладки.

Выбираем сечение кабеля по мощности

Подобрать сечение провода можно по мощности приборов, которые будут подключаться. Эти приборы называются нагрузкой и метод может еще называться «по нагрузке». Суть его от этого не меняется.

Выбор сечения кабеля зависит от мощности и силы тока

Собираем данные

Для начала находите в паспортных данных бытовой техники потребляемую мощность, выписываете ее на листочек. Если так проще, можно посмотреть на шильдиках — металлических пластинах или стикерах, закрепленных на корпусе техники и аппаратуры. Там есть основная информация и, чаще всего, присутствует мощность. Опознать ее проще всего по единицам измерения. Если изделие произведено в России, Белоруссии, Украине обычно стоит обозначение Вт или кВт, на оборудовании из Европы, Азии или Америки стоит обычно английское обозначение ваттов — W, а потребляемая мощность (нужна именно она) обозначается сокращением «TOT» или TOT MAX.

Пример шильдика с основной технической информацией. Нечто подобное есть на любой технике

Если и этот источник недоступен (информация затерлась, например, или вы только планируете приобрести технику, но еще не определились с моделью), можно взять среднестатистические данные. Для удобства они сведены в таблицу.

Таблица потребляемой мощности различных электроприборов

Находите ту технику, которую планируете ставить, выписываете мощность. Дана она порой с большим разбросом, так что иногда трудно понять, какую цифру брать. В данном случае, лучше брать по-максимуму. В результате при расчетах у вас будет несколько завышена мощность оборудования и потребуется кабель большего сечения. Но для вычисления сечения кабеля это хорошо. Горят только кабели с меньшим сечением, чем это необходимо. Трассы с большим сечением работают долго, так как греются меньше.

Суть метода

Чтобы подобрать сечение провода по нагрузке, складываете мощности приборов, которые будут подключаться к данному проводнику. При этом важно, чтобы все мощности были выражены в одинаковых единицах измерения — или в ваттах (Вт), или в киловаттах (кВт). Если есть разные значения, приводим их к единому результату. Для перевода киловатты умножают на 1000, и получают ватты. Например, переведем в ватты 1,5 кВт. Это будет 1,5 кВт * 1000 = 1500 Вт.

Если необходимо, можно провести обратное преобразование — ватты перевести в киловатты. Для это цифру в ваттах делим на 1000, получаем кВт. Например, 500 Вт / 1000 = 0,5 кВт.

Далее, собственно, начинается выбор сечения кабеля. Все очень просто — пользуемся таблицей.

Сечение кабеля, мм2Диаметр проводника, ммМедный проводАлюминиевый провод
Ток, АМощность, кВтТок, АМощность, кВт
220 В380 В220 В380 В
0,5 мм20,80 мм6 А1,3 кВт2,3 кВт
0,75 мм20,98 мм10 А2,2 кВт3,8 кВт
1,0 мм21,13 мм14 А3,1 кВт5,3 кВт
1,5 мм21,38 мм15 А3,3 кВт5,7 кВт10 А2,2 кВт3,8 кВт
2,0 мм21,60 мм19 А4,2 кВт7,2 кВт14 А3,1 кВт5,3 кВт
2,5 мм21,78 мм21 А4,6 кВт8,0 кВт16 А3,5 кВт6,1 кВт
4,0 мм22,26 мм27 А5,9 кВт10,3 кВт21 А4,6 кВт8,0 кВт
6,0 мм22,76 мм34 А7,5 кВт12,9 кВт26 А5,7 кВт9,9 кВт
10,0 мм23,57 мм50 А11,0 кВт19,0 кВт38 А8,4 кВт14,4 кВт
16,0 мм24,51 мм80 А17,6 кВт30,4 кВт55 А12,1 кВт20,9 кВт
25,0 мм25,64 мм100 А22,0 кВт38,0 кВт65 А14,3 кВт24,7 кВт

Чтобы найти нужное сечение кабеля в соответствующем столбике — 220 В или 380 В — находим цифру, которая равна или чуть больше посчитанной нами ранее мощности. Столбик выбираем исходя из того, сколько фаз в вашей сети. Однофазная — 220 В, трехфазная 380 В.

В найденной строчке смотрим значение в первом столбце. Это и будет требуемое сечение кабеля для данной нагрузки (потребляемой мощности приборов). Кабель с жилами такого сечения и надо будет искать.

Немного о том, медный провод использовать или алюминиевый. В большинстве случаев, при прокладке проводки в доме или квартире, используют кабели с медными жилами. Такие кабели дороже алюминиевых, но они более гибкие, имеют меньшее сечение, работать с ними проще. Но, медные кабели с большого сечения, ничуть не более гибкие чем алюминиевые. И при больших нагрузках — на вводе в дом, в квартиру при большой планируемой мощности (от 10 кВт и больше) целесообразнее использовать кабель с алюминиевыми проводниками — можно немного сэкономить.

Как рассчитать сечение кабеля по току

Можно подобрать сечение кабеля по току. В этом случае проводим ту же работу — собираем данные о подключаемой нагрузке, но ищем в характеристиках максимальный потребляемый ток. Собрав все значения, суммируем их. Затем пользуемся все той же таблицей. Только ищем ближайшее большее значение в столбике, подписанном «Ток». В той же строке смотрим сечение провода.

Например, надо подключить варочную панель с пиковым потреблением тока 16 А. Будем прокладывать медный кабель, потому смотрим в соответствующей колонке — третья слева. Так как нет значения ровно 16 А, смотрим в строчке 19 А — это ближайшее большее. Подходящее сечение 2,0 мм 2 . Это и будет минимальное значение сечения кабеля для данного случая.

При подключении мощных бытовых электроприборов от щитка тянут отдельную линию электропитания. В этом случае выбор сечения кабеля несколько проще — требуется только одно значение мощности или тока

Обращать внимание не строчку с чуть меньшим значением нельзя. В этом случае при максимальной нагрузке проводник будет сильно греться, что может привести к тому, что расплавится изоляция. Что может быть дальше? Может сработать автомат защиты, если он установлен. Это самый благоприятный вариант. Может выйти из строя бытовая техника или начаться пожар. Потому выбор сечения кабеля всегда делайте по большему значению. В этом случае можно будет позже установить оборудование даже немного больше по мощности или потребляемому току без переделки проводки.

Расчет кабеля по мощности и длине

Если линия электропередачи длинная — несколько десятков или даже сотен метров — кроме нагрузки или потребляемого тока необходимо учитывать потери в самом кабеле. Обычно большие расстояния линий электропередачи при вводе электричества от столба в дом. Хоть все данные должны быть указаны в проекте, можно перестраховаться и проверить. Для этого надо знать выделенную мощность на дом и расстояние от столба до дома. Далее по таблице можно подобрать сечение провода с учетом потерь на длине.

Таблица определения сечения кабеля по мощности и длине

Вообще, при прокладке электропроводки, лучше всегда брать некоторый запас по сечению проводов. Во-первых, при большем сечении меньше будет греться проводник, а значит и изоляция. Во-вторых, в нашей жизни появляется все больше устройств, работающих от электричества. И никто не может дать гарантии, что через несколько лет вам не понадобиться поставить еще пару новых устройств в дополнение к старым. Если запас существует, их можно будет просто включить. Если его нет, придется мудрить — или менять проводку (снова) или следить за тем, чтобы не включались одновременно мощные электроприборы.

Открытая и закрытая прокладка проводов

Как все мы знаем, при прохождении тока по проводнику он нагревается. Чем больше ток, тем больше тепла выделяется. Но, при прохождении одного и того же тока, по проводникам, с разным сечением, количество выделяемого тепла изменяется: чем меньше сечение, тем больше выделяется тепла.

В связи с этим, при открытой прокладке проводников его сечение может быть меньше — он быстрее остывает, так как тепло передается воздуху. При этом проводник быстрее остывает, изоляция не испортится. При закрытой прокладке ситуация хуже — медленнее отводится тепло. Потому для закрытой прокладке — в кабель каналах, трубах, в стене — рекомендуют брать кабель большего сечения.

Выбор сечения кабеля с учетом типа его прокладки также можно провести при помощи таблицы. Принцип описывали раньше, ничего не изменяется. Просто учитывается еще один фактор.

Выбор сечения кабеля в зависимости от мощности и типа прокладки

И напоследок несколько практических советов. Отправляясь на рынок за кабелем, возьмите с собой штангенциркуль . Слишком часто заявленное сечение не совпадает с реальностью. Разница может быть в 30-40%, а это очень много. Чем вам это грозит? Выгоранием проводки со всеми вытекающими последствиями. Потому лучше прямо на месте проверять действительно ли у данного кабеля требуемое сечение жилы (диаметры и соответствующие сечения кабеля есть в таблице выше). А подробнее про определение сечения кабеля по его диаметру можно прочесть тут.

Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки?

При ремонте и проектировании электрооборудования появляется необходимость правильно выбирать провода. Можно воспользоваться специальным калькулятором или справочником. Но для этого необходимо знать параметры нагрузки и особенности прокладки кабеля.

Для чего нужен расчет сечения кабеля

К электрическим сетям предъявляются следующие требования:

Если выбранная площадь поперечного сечения провода окажется маленькой, то токовые нагрузки на кабели и провода будут большими, что приведет к перегреву. В результате может возникнуть аварийная ситуация, которая нанесет вред всему электрооборудованию и станет опасной для жизни и здоровья людей.

Если же монтировать провода с большой площадью поперечного сечения, то безопасное применение обеспечено. Но с финансовой точки зрения будет перерасход средств. Правильный выбор сечения провода — это залог длительной безопасной эксплуатации и рационального использования финансовых средств.

Правильному подбору проводника посвящёна отдельная глава в ПУЭ: “Глава 1.3. Выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны”.

Осуществляется расчет сечения кабеля по мощности и току. Рассмотрим на примерах. Чтобы определить, какое сечение провода нужно для 5 кВт, потребуется использовать таблицы ПУЭ ( “Правила устройства электроустановок“). Данный справочник является регламентирующим документом. В нем указывается, что выбор сечения кабеля производится по 4 критериям:

  1. Напряжение питания (однофазное или трехфазное).
  2. Материал проводника.
  3. Ток нагрузки, измеряемый в амперах (А), или мощность — в киловаттах (кВт).
  4. Месторасположение кабеля.

В ПУЭ нет значения 5 кВт, поэтому придется выбрать следующую большую величину — 5,5 кВт. Для монтажа в квартире сегодня необходимо использовать провод из меди. В большинстве случаев установка происходит по воздуху, поэтому из справочных таблиц подойдет сечение 2,5 мм². При этом наибольшей допустимой токовой нагрузкой будет 25 А.

В вышеуказанном справочнике регламентируется ещё и ток, на который рассчитан вводный автомат (ВА). Согласно “Правилам устройства электроустановок“, при нагрузке 5,5 кВт ток ВА должен равняться 25 А. В документе указано, что номинальный ток провода, который подходит к дому или квартире, должен быть на порядок больше, чем у ВА. В данном случае после 25 А находится 35 А. Последнюю величину и необходимо брать за расчетную. Току 35 А соответствуют сечение 4 мм² и мощность 7,7 кВт. Итак, выбор сечения медного провода по мощности завершен: 4 мм².

Чтобы узнать, какое сечение провода нужно для 10 кВт, опять воспользуемся справочником. Если рассматривать случай для открытой проводки, то надо определиться с материалом кабеля и с питающим напряжением.

Например, для алюминиевого провода и напряжения 220 В ближайшая большая мощность будет 13 кВт, соответствующее сечение — 10 мм²; для 380 В мощность составит 12 кВт, а сечение — 4 мм².

Выбираем по мощности

Перед выбором сечения кабеля по мощности надо рассчитать ее суммарное значение, составить перечень электроприборов, находящихся на территории, к которой прокладывают кабель. На каждом из устройств должна быть указана мощность, возле нее будут написаны соответствующие единицы измерения: Вт или кВт (1 кВт = 1000 Вт). Затем потребуется сложить мощности всего оборудования и получится суммарная.

Если же выбирается кабель для подключения одного прибора, то достаточно информации только о его энергопотреблении. Можно подобрать сечения провода по мощности в таблицах ПУЭ.

Таблица 1. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с медными жилами

Сечение токопроводящей жилы, мм²Для кабеля с медными жилами
Напряжение 220 ВНапряжение 380 В
Ток, АМощность, кВтТок, АМощность, кВт
1,5194,11610,5
2,5275,92516,5
4388,33019,8
64610,14026,4
107015,45033
168518,77549,5
2511525,39059,4
3513529,711575. 9
5017538.514595,7
7021547,3180118,8
9526057,2220145,2
12030066260171,6

Таблица 2. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с алюминиевыми жилами

Сечение токопроводящей жилы, мм²Для кабеля с алюминиевыми жилами
Напряжение 220 ВНапряжение 380 В
Ток, АМощность, кВтТок, АМощность, кВт
2,5204,41912,5
4286,12315,1
6367,93019,8
105011,03925,7
166013,25536,3
258518,77046,2
3510022,08556,1
5013529,711072,6
7016536,314092,4
9520044,0170112,2
12023050,6200132,2

Кроме того, надо знать напряжение сети: трехфазной соответствует 380 В, а однофазной — 220 В.

В ПУЭ дана информация и для алюминиевых, и для медных проводов. У обоих есть свои преимущества и недостатки. Достоинства медных проводов:

  • высокая прочность;
  • упругость;
  • стойкость к окислению;
  • электропроводность больше, чем у алюминия.

Недостаток медных проводников — высокая стоимость. В советских домах использовалась при постройке алюминиевая электропроводка. Поэтому если происходит частичная замена, то целесообразно поставить алюминиевые провода. Исключение составляют только те случаи, когда вместо всей старой проводки (до распределительного щита) устанавливается новая. Тогда есть смысл применять медь. Недопустимо, чтобы медь с алюминием контактировали напрямую, т. к. это приводит к окислению. Поэтому для их соединения используют третий металл.

Можно самостоятельно произвести расчет сечения провода по мощности для трехфазной цепи. Для этого надо воспользоваться формулой: I=P/(U*1.73), где P — мощность, Вт; U — напряжение, В; I — ток, А. Затем из справочной таблицы выбирается сечение кабеля в зависимости от рассчитанного тока. Если же там не будет необходимого значение, тогда выбирается ближайшее, которое превышает расчетное.

Как рассчитать по току

Величина тока, проходящего через проводник, зависит от длины, ширины, удельного сопротивления последнего и от температуры. При нагревании электрический ток уменьшается. Справочная информация указывается для комнатной температуры (18°С). Для выбора сечения кабеля по току используют таблицы ПУЭ (ПУЭ-7 п.1.3.10-1.3.11 ДОПУСТИМЫЕ ДЛИТЕЛЬНЫЕ ТОКИ ДЛЯ ПРОВОДОВ, ШНУРОВ И КАБЕЛЕЙ С РЕЗИНОВОЙ ИЛИ ПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ).

Таблица 3. Электрический ток для медных проводов и шнуров с резиновой и ПВХ-изоляцией

Площадь сечение проводника, мм²Ток, А, для проводов, проложенных
открытов одной трубе
двух одножильныхтрех одножильныхчетырех одножильныходного двухжильногоодного трехжильного
0,511
0,7515
1171615141514
1,2201816151614,5
1,5231917161815
2262422202319
2,5302725252521
3343228262824
4413835303227
5464239343731
6504642404034
8625451464843
10807060505550
161008580758070
251401151009010085
35170135125115125100
50215185170150160135
70270225210185195175
95330275255225245215
120385315290260295250
150440360330
185510
240605
300695
400830

Для расчета алюминиевых проводов применяют таблицу.

Таблица 4. Электрический ток для алюминиевых проводов и шнуров с резиновой и ПВХ-изоляцией

Площадь сечения проводника, мм²Ток, А, для проводов, проложенных
открытов одной трубе
двух одножильныхтрех одножильныхчетырех одножильныходного двухжильногоодного трехжильного
2211918151714
2,5242019191916
3272422212218
4322828232521
5363230272824
6393632303126
8464340373832
10605047394238
16756060556055
251058580707565
3513010095859575
50165140130120125105
70210175165140150135
95255215200175190165
120295245220200230190
150340275255
185390
240465
300535
400645

Для примерного расчета сечения кабеля по току его надо разделить на 10. Если в таблице не будет полученного сечения, тогда необходимо взять ближайшую большую величину. Это правило подходит только для тех случаев, когда максимально допустимый ток для медных проводов не превышает 40 А. Для диапазона от 40 до 80 А ток надо делить на 8. Если устанавливают алюминиевые кабели, то надо делить на 6. Это объясняется тем, что для обеспечения одинаковых нагрузок толщина алюминиевого проводника больше, чем медного.

Расчет сечения кабеля по мощности и длине

Длина кабеля влияет на потерю напряжения. Таким образом, на конце проводника напряжение может уменьшиться и оказаться недостаточным для работы электроприбора. Для бытовых электросетей этими потерями можно пренебречь. Достаточно будет взять кабель на 10-15 см длиннее. Этот запас израсходуется на коммутацию и подключение. Если концы провода подсоединяются к щитку, то запасная длина должна быть еще больше, т. к. будут подключаться защитные автоматы.

При укладке кабеля на большие расстояния приходиться учитывать падение напряжения. Каждый проводник характеризуется электрическим сопротивлением. На данный параметр влияют:

  1. Длина провода, единица измерения — м. При её увеличении растут потери.
  2. Площадь поперечного сечения, измеряется в мм². При её увеличении падение напряжения уменьшается.
  3. Удельное сопротивление материала (справочное значение). Показывает сопротивление провода, размеры которого 1 квадратный миллиметр на 1 метр.

Падение напряжения численно равняется произведению сопротивления и тока. Допустимо, чтобы указанная величина не превышала 5%. В противном случае надо брать кабель большего сечения. Алгоритм расчета сечения провода по максимальной мощности и длине:

  1. В зависимости от мощности P, напряжения U и коэффициента cosф находим ток по формуле: I=P/(U*cosф). Для электросетей, которые используются в быту, cosф = 1. В промышленности cosф рассчитывают как отношение активной мощности к полной. Последняя состоит из активной и реактивной мощностей.
  2. С помощью таблиц ПУЭ определяют сечение провода по току.
  3. Рассчитываем сопротивление проводника по формуле: Rо=ρ*l/S, где ρ — удельное сопротивление материала, l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения. Необходимо учесть ток факт, что ток идет по кабелю не только в одну сторону, но и обратно. Поэтому общее сопротивление: R = Rо*2.
  4. Находим падение напряжения из соотношения: ΔU=I*R.
  5. Определяем падение напряжения в процентах: ΔU/U. Если полученное значение превышает 5%, тогда выбираем из справочника ближайшее большее поперечное сечение проводника.

Открытая и закрытая прокладка проводов

В зависимости от размещения проводка делится на 2 вида:

Сегодня в квартирах монтируют скрытую проводку. В стенах и потолках создаются специальные углубления, предназначенные для размещения кабеля. После установки проводников углубления штукатурят. В качестве проводов используют медные. Заранее всё планируется, т. к. со временем для наращивания электропроводки или замены элементов придется демонтировать отделку. Для скрытой отделки чаще используют провода и кабели, у которых плоская форма.

При открытой прокладке провода устанавливают вдоль поверхности помещения. Преимущества отдают гибким проводникам, у которых круглая форма. Их легко установить в кабель-каналы и пропустить сквозь гофру. Когда рассчитывают нагрузку на кабель, то учитывают способ укладки проводки.

Площадь сечения проводов. Формулы и таблицы

Сечение провода – что это и как рассчитать

Выбору площади поперечного сечения проводов (иначе говоря, толщины) уделяется большое внимание на практике и в теории.

В этой статье попробуем разобраться с понятием “площадь сечения” и проанализируем справочные данные.

Расчет сечения провода

Строго говоря, понятие “толщина” для провода используется в разговорной речи, а более научные термины – диаметр и площадь сечения. На практике толщину провода всегда характеризуют площадью сечения.

Рассчитать сечение провода на практике можно очень просто. Зная диаметр (например, измерив его штангенциркулем), можно легко вычислить площадь сечения по формуле

S = π (D/2) 2 , где

  • S – площадь сечения провода, мм 2
  • π – 3,14
  • D – диаметр токопроводящей жилы провода, мм. Его можно измерить, например, штангенциркулем.

Формулу площади сечения провода можно записать в более удобном виде: S = 0,8 D².

Поправка. Откровенно говоря, 0,8 – округленный коэффициент. Более точная формула: π (1/2) 2 = π / 4 = 0,785. Спасибо внимательным читателям 😉

Рассмотрим только медный провод, поскольку в 90% в электропроводке и электромонтаже применяется именно он. Преимущества медных проводов перед алюминиевыми – удобство в монтаже, долговечность, меньшая толщина (при том же токе).

Но с ростом диаметра (площади сечения) высокая цена медного провода съедает все его преимущества, поэтому алюминий в основном применяют там, где ток превышает значение 50 Ампер. В данном случае используют кабель с алюминиевой жилой 10 мм 2 и толще.

Площадь сечения проводов измеряется в квадратных миллиметрах. Самые распространенные на практике (в бытовой электрике) площади сечения: 0,75, 1,5, 2,5, 4 мм 2

Есть и другая единица измерения площади сечения (толщины) провода, применяемая в основном в США, – система AWG. На Самэлектрике есть таблица сечений проводов по системе AWG и перевод из AWG в мм 2 .

По поводу подбора проводов – я обычно пользуюсь каталогами интернет-магазинов, вот пример медного. Там самый большой выбор, какой я встречал. Ещё хорошо, что всё подробно описывается – состав, применения, и т.д.

Рекомендую почитать также мою статью про выбор сечения провода для постоянного тока там много теоретических выкладок и рассуждений о падении напряжения, сопротивлении проводов для разных сечений, и какое сечение выбрать оптимальнее для разных допустимых падений напряжения.

И ещё статья – Падение напряжения на трехфазных кабельных линиях большой длины. приведен реальный пример объекта, приводятся формулы и рекомендации, как уменьшить потери. Потери на проводе прямо пропорциональны току и длине. И обратно пропорциональны сопротивлению.

При выборе площади сечения проводов следует руководствоваться тремя основными принципами.

  1. Площадь сечения провода (иначе говоря, его толщина) должна быть достаточной для прохождения через него электрического тока. Достаточной – это означает, что при прохождении максимально возможного в данном случае тока нагрев провода будет допустимым (как правило, не более 60 0 С)
  2. Сечение провода должно быть достаточным, чтобы падение напряжения на нём не превышало допустимое значение. Это особенно актуально для длинных кабельных линий (десятки и сотни метров) и больших токов.
  3. Толщина провода и его защитная изоляция должна обеспечивать его механическую прочность, а значит надежность.

Например, для питания люстры в гостиной используются лампочки с суммарной потребляемой мощностью 100 Вт (ток чуть более 0,5 А). Вроде бы, вполне достаточно проводов с площадью сечения 0,5 мм 2 ? Но какой электрик в здравом уме будет закладывать такой провод в потолочную плиту? В данном случае как правило применяют 1,5 мм 2 .

На самом деле, выбор толщины провода зависит от одного параметра – максимальной рабочей температуры. При превышении этой температуры провод и изоляция на нём начнут плавиться и разрушаться. Иначе говоря, максимальный рабочий ток для провода с определенным сечением ограничивается только максимальной его рабочей температурой. И временем, которое сможет проработать провод в таких условиях.

Ниже дана общеизвестная таблица сечения проводов для подбора площади сечения медных проводов в зависимости от тока. Исходные данные – площадь сечения проводника.

Максимальный ток для разной толщины медных проводов

Таблица 1

(Данные из таблицы 1.3.4 ПУЭ)

Сечение токо-проводящей жилы, мм 2Ток, А, для проводов, проложенных
открытов одной трубе
одного двух жильногоодного трех жильного
0,511
0,7515
1171514
1,2201614,5
1,5231815
2262319
2,5302521
3342824
4413227
5463731
6504034
8624843
10805550
161008070
2514010085
35170125100
50215160135
70270195175
95330245215
120385295250

Выделены номиналы проводов, используемых в бытовой электрике. “Один двужильный” – это кабель с двумя проводами, один из них – Фаза, другой – Ноль. То есть, это однофазное питание нагрузки. “Один Трехжильный” – это при трехфазном питании.

Эта таблица показывает, при каких токах и в каких условиях можно эксплуатировать провод данного сечения.

Животрепещущий пример из практики – если на розетке написано “Max.16A”, то можно для этой одной розетки проложить провод сечением 1,5мм 2 . Но обязательно защитить розетку автоматическим выключателем на ток не более 16А, а лучше – 13, или даже 10А. На эту тему можно почитать мою статью Про замену и выбор защитного автомата.

В таблице одножильный провод – означает, что рядом (на расстоянии менее 5 диаметров провода) не проходит больше никаких проводов. Двужильный провод – два провода рядом, как правило, в одной общей изоляции. Это более тяжелый тепловой режим, поэтому максимальный ток меньше. И чем больше проводов в кабеле или пучке, тем меньше должен быть максимальный ток для каждого проводника из-за возможного взаимного нагрева.

Эту таблицу я считаю не совсем удобной для практики. Ведь чаще всего исходный параметр – это мощность потребителя электроэнергии, а не ток, и исходя из этого нужно выбирать провод.

Как найти ток, зная мощность? Нужно мощность Р (Вт) поделить на напряжение (В), и получим ток (А):

I = P/U

Как найти мощность, зная ток? Нужно ток (А) умножить на напряжение (В), получим мощность (Вт):

P = I U

Эти формулы – для случая активной нагрузки (потребители в жилах помещениях, типа лампочек и утюгов). Для реактивной нагрузки обычно используется коэффициент от 0,7 до 0,9 (в промышленности, где работают мощные трансформаторы и электродвигатели).

Предлагаю вам вторую таблицу, в которой исходные параметры – потребляемый ток и мощность, а искомые величины – сечение провода и ток отключения защитного автоматического выключателя.

Выбор толщины провода и автоматического выключателя, исходя из потребляемой мощности и тока

Ниже – таблица выбора сечения провода, исходя из известной мощности или тока. А в правом столбце – выбор автоматического выключателя, который ставится в этот провод.

Таблица 2

Макс. мощность,
кВт
Макс. ток нагрузки,
А
Сечение
провода, мм 2
Ток автомата,
А
14.514-6
29.11.510
313.62.516
418.22.520
522.7425
627.3432
731.8432
836.4640
940.9650
1045.51050
1150.01050
1254.51663
1359.11663
1463.61680
1568.22580
1672.72580
1777.32580

Красным цветом выделены критические случаи, в которых лучше перестраховаться и не экономить на проводе, выбрав провод потолще, чем указано в таблице. А ток автомата – поменьше.

Глядя в табличку, можно легко выбрать сечение провода по току, либо сечение провода по мощности.

А также – выбрать автоматический выключатель под данную нагрузку.

В этой таблице данные приведены для следующего случая.

  • Одна фаза, напряжение 220 В
  • Температура окружающей среды +30 0 С
  • Прокладка в воздухе или коробе (в закрытом пространстве)
  • Провод трехжильный, в общей изоляции (кабель)
  • Используется наиболее распространенная система TN-S с отдельным проводом заземления
  • Достижение потребителем максимальной мощности – крайний, но возможный случай. При этом максимальный ток может действовать длительное время без отрицательных последствий.

Если температура окружающей среды будет на 20 0 С выше, или в жгуте будет несколько кабелей, то рекомендуется выбрать большее сечение (следующее из ряда). Особенно это касается тех случаев, когда значение рабочего тока близко к максимальному.

Вообще, при любых спорных и сомнительных моментах, например

  • возможное в будущем увеличение нагрузки
  • большие пусковые токи
  • большие перепады температур (электрический провод на солнце)
  • пожароопасные помещения

нужно либо увеличивать толщину проводов, либо более детально подойти к выбору – обратиться к формулам, справочникам. Но, как правило, табличные справочные данные вполне пригодны для практики.

Толщину провода можно узнать не только из справочных данных. Существует эмпирическое (полученное опытным путем) правило:

Правило выбора площади сечения провода для максимального тока

Подобрать нужную площадь сечения медного провода исходя из максимального тока можно, используя такое простое правило:

Необходимая площадь сечения провода равна максимальному току, деленному на 10.

Это правило дается без запаса, впритык, поэтому полученный результат необходимо округлять в большую сторону до ближайшего типоразмера. Например, ток 32 Ампер. Нужен провод сечением 32/10 = 3,2 мм 2 . Выбираем ближайший (естественно, в бОльшую сторону) – 4 мм 2 . Как видно, это правило вполне укладывается в табличные данные.

Важное замечание. Это правило работает хорошо для токов до 40 Ампер. Если токи больше (это уже за пределами обычной квартиры или дома, такие токи на вводе) – надо выбирать провод с ещё большим запасом – делить не на 10, а на 8 (до 80 А)

То же правило можно озвучить для поиска максимального тока через медный провод при известной его площади:

Максимальный ток равен площади сечения умножить на 10.

И в заключение – опять про старый добрый алюминиевый провод.

Алюминий пропускает ток хуже, чем медь. Этого знать достаточно, но вот немного цифр. Для алюминия (того же сечения, что и медный провод) при токах до 32 А максимальный ток будет меньше, чем для меди всего на 20%. При токах до 80 А алюминий пропускает ток хуже на 30%.

Для алюминия эмпирическое правило будет таким:

Максимальный ток алюминиевого провода равен площади сечения умножить на 6.

Считаю, что знаний, приведенных в данной статье, вполне достаточно, чтобы выбрать провод по соотношениям “цена/толщина”, “толщина/рабочая температура” и “толщина/максимальный ток и мощность”.

Вот в принципе и всё что хотел рассказать про площадь сечения проводов. Если что-то не понятно или есть что добавить – спрашивайте и пишите в комментариях. Если интересно, что я буду публиковать на блоге СамЭлектрик дальше – подписывайтесь на получение новых статей.

Таблица зависимости тока защитного автомата (предохранителя) от сечения

(Дополнение к статье, июнь 2014)

А вот как к максимальному току в зависимости от площади сечения провода относятся немцы. В правом столбце – рекомендация по выбору автоматического (защитного) выключателя.

Таблица 3

Таблица выбора защитного автомата для разного сечения проводов

Как видно, немцы перестраховываются, и предусматривают больший запас по сравнению с нами.

Хотя, возможно, это от того, что таблица взята из инструкции из “стратегического” промышленного оборудования.

По поводу подбора проводов — я обычно пользуюсь каталогами интернет-магазинов, вот пример медного. Там самый большой выбор какой я встречал. Ещё хорошо, что все подробно описывается — состав, применения, и т.д.

Хорошая советская книга на тему статьи:

• Карпов Ф. Ф. Как выбрать сечение проводов и кабелей, 1973 год / Брошюра из Библиотеки электромонтера. Приведены указания и расчеты, необходимые для выбора сечений проводов и кабелей до 1000 В. Полезно для тех, кто интересуется первоисточниками., zip, 1.57 MB, скачан: 707 раз./

Расчет сечения кабеля: зачем он необходим и как правильно выполнить

Самое уязвимое место в сфере обеспечения квартиры или дома электрической энергией – это электропроводка. Во многих домах продолжают использовать старую проводку, не рассчитанную на современные электроприборы. Нередко подрядчики и вовсе стремятся сэкономить на материалах и укладывают провода, не соответствующие проекту. В любом из этих случаев необходимо сначала сделать расчет сечения кабеля, иначе можно столкнуться с серьезными и даже трагичными последствиями.

Для чего необходим расчет кабеля

В вопросе выбора сечения проводов нельзя следовать принципу «на глаз». Протекая по проводам, ток нагревает их. Чем выше сила тока, тем сильнее происходит нагрев. Эту взаимосвязь легко доказать парой формул. Первая из них определяет активную силу тока:

где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление.

Из формулы видно: чем больше сопротивление, тем больше будет выделяться тепла, т. е. тем сильнее проводник будет нагреваться. Сопротивление определяют по формуле:

где ρ – удельное сопротивление, L – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения.

Чем меньше площадь поперечного сечения проводника, тем выше его сопротивление, а значит выше и активная мощность, которая говорит о более сильном нагреве. Исходя из этого, расчет сечения необходим для обеспечения безопасности и надежности проводки, а также грамотного распределения финансов.

Что будет, если неправильно рассчитать сечение

Без расчета сечения проводника можно столкнуться с одной из двух ситуаций:

  • Слишком сильный перегрев проводки. Возникает при недостаточном диаметре проводника. Создает благоприятные условия для самовозгорания и коротких замыканий.
  • Неоправданные затраты на проводку. Такое происходит в ситуациях, когда были выбраны проводники избыточного диаметра. Конечно, опасности здесь нет, но кабель большего сечения стоит дороже и не столь удобен в работе.

Что еще влияет на нагрев проводов

Из формулы (2) видно, что сопротивление проводника зависит не только от площади поперечного сечения. В связи с этим на его нагрев будут влиять:

  • Материал. Пример – у алюминия удельное сопротивление больше, чем у меди, поэтому при одинаковом сечении проводов медь будет нагреваться меньше.
  • Длина. Слишком длинный проводник приводит к большим потерям напряжения, что вызывает дополнительный нагрев. При превышении потерь уровня 5% приходится увеличивать сечение.

Пример расчета сечения кабеля на примере BBГнг 3×1,5 и ABБбШв 4×16

Трехжильный кабель BBГнг 3×1,5 изготавливается из меди и предназначен для передачи и распределения электричества в жилых домах или обычных квартирах. Токопроводящие жилы в нем изолированы ПВХ (В), из него же состоит оболочка. Еще BBГнг 3×1,5 не распространяет горение нг(А), поэтому полностью безопасен при эксплуатации.

Кабель ABБбШв 4×16 четырехжильный, включает токопроводящие жилы из алюминия. Предназначен для прокладки в земле. Защита с помощью оцинкованных стальных лент обеспечивает кабелю срок службы до 30 лет. В компании «Бонком» вы можете приобрести кабельные изделия оптом и в розницу по приемлемой цене. На большом складе всегда есть в наличии вся продукция, что позволяет комплектовать заказы любого ассортимента.

Порядок расчета сечения по мощности

В общем виде расчет сечения кабеля по мощности происходит в 2 этапа. Для этого потребуются следующие данные:

  • Суммарная мощность всех приборов.
  • Тип напряжения сети: 220 В – однофазная, 380 В – трехфазная.
  • ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7.
  • Материал проводника: медь или алюминий.
  • Тип проводки: открытая или закрытая.

Шаг 1. Потребляемую мощность электроприборов можно найти в их инструкции или же взять средние характеристики. Формула для расчета общей мощности:

где P1, P2 и т. д. – мощность подключаемых приборов, Кс – коэффициент спроса, который учитывает вероятность включения всех приборов одновременно, Кз – коэффициент запаса на случай добавления новых приборов в доме. Кс определяется так:

  • для двух одновременно включенных приборов – 1;
  • для 3-4 – 0,8;
  • для 5-6 – 0,75;
  • для большего количества – 0,7.

Кз в расчете кабеля по нагрузке имеет смысл принять как 1,15-1,2. Для примера можно взять общую мощность в 5 кВт.

Шаг 2. На втором этапе остается по суммарной мощности определить сечение проводника. Для этого используется таблица расчета сечения кабеля из ПУЭ. В ней дана информация и для медных, и для алюминиевых проводников. При мощности 5 кВт и закрытой однофазной электросети подойдет медный кабель сечением 4 мм 2 .

Правила расчета по длине

Расчет сечения кабеля по длине предполагает, что владелец заранее определил, какое количество метров проводника потребуется для электропроводки. Таким методом пользуются, как правило, в бытовых условиях. Для расчета потребуются такие данные:

  • L – длина проводника, м. Для примера взято значение 40 м.
  • ρ – удельное сопротивление материала (медь или алюминий), Ом/мм 2 ·м: 0,0175 для меди и 0,0281 для алюминия.
  • I – номинальная сила тока, А.

Шаг 1. Определить номинальную силу тока по формуле:

где P – мощность в ваттах (суммарная всех приборов в доме, для примера взято значение 8 кВт), U – 220 В, Кс – коэффициент одновременного включения (0,75), cos φ – 1 для бытовых приборов. В примере получилось значение 36 А.

Шаг 2. Определить сечение проводника. Для этого нужно воспользоваться формулой (2):

Потеря напряжения по длине проводника должна быть не более 5%:

Потери напряжения dU = I · R, отсюда R = dU/I = 11/36 = 0,31 Ом. Тогда сечение проводника должно быть не меньше:

В случае с трехжильным кабелем площадь поперечного сечения одной жилы должна составить 0,75 мм 2 . Отсюда диаметр одной жилы должен быть не менее (S/ π) · 2 = 0,98 мм. Кабель BBГнг 3×1,5 удовлетворяет этому условию.

Как рассчитать сечение по току

Расчет сечения кабеля по току осуществляется также на основании ПУЭ, в частности, с использованием таблиц 1.3.6. и 1.3.7. Зная суммарную мощность электроприборов, можно по формуле определить номинальную силу тока:

Для трехфазной сети используется другая формула:

где U будет равно уже 380 В.

Если к трехфазному кабелю подключают и однофазных, и трехфазных потребителей, то расчет ведется по наиболее нагруженной жиле. Для примера с общей мощностью приборов, равной 5 кВт, и однофазной закрытой сети получается:

BBГнг 3×1,5 – медный трехжильный кабель. По таблице 1.3.6. для силы тока 18 А ближайшее в значение – 19 А (при прокладке в воздухе). При номинальной силе тока 19 А сечение его токопроводящей жилы должно составлять не менее 1,5 мм 2 . У кабеля BBГнг 3×1,5 одна жила имеет сечение S = π · r 2 = 3,14 · (1,5/2) 2 = 1,8 мм 2 , что полностью соответствует указанному требованию.

Если рассматривать кабель ABБбШв 4×16, необходимо брать данные из таблицы 1.3.7. ПУЭ, где указаны значения для алюминиевых проводов. Согласно ей, для четырехжильных кабелей значение тока должно определяться с коэффициентом 0,92. В рассматриваемом примере к 18 А ближайшее значение по таблице 1.3.7. составляет 19 А.

С учетом коэффициента 0,92 оно составит 17,48 А, что меньше 18 А. Поэтому необходимо брать следующее значение – 27 А. В таком случае сечение токопроводящей жилы кабеля должно составлять 4 мм 2 . У кабеля ABБбШв 4×16 сечение одной жилы равно:

Согласно таблице 1.3.7. этот кабель рациональнее использовать при номинальном токе 60 А (при прокладке по воздуху) и до 90 А (при прокладке в земле).

ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН (ПУЭ)(часть 4) » ТОО «Жігер-Өрлеу»

Таблица 1.3.29. Допустимый длительный ток для неизолированных проводов по ГОСТ 839-80

Номинальное сечение, мм2

Сечение (алюминий/ сталь), мм2

Ток, А, для проводов марок

АС, АСКС, АСК, АСКП

М

АиАКП

М

АиАКП

вне помещений

внутри помещений

вне помещений

внутри помещений

10

16

25

35

50

70

95

10/1,8 16/2,7 25/4,2 35/6,2

50/8

70/11

95/16

84

111

142

175

210

265

330

53

79

109

135

165

210

260

95

133

183

223

275

337

422

-

105

136

170

215

265

320

60

102

137

173

219

268

341

-

75

106

130

165

210

255

120

120/19 120/27

390

375

313

-

485

-

375

-

395

-

300

-

150

150/19 150/24 150/34

450

450

450

365

365

570

440

465

355

185

185/24 185/29 185/43

520

510

515

430

425

650

500

540

410

240

240/32 240/39 240/56

605

610

610

505

505

760

590

685

490

300

300/39 300/48 300/66

710

690

680

600

585

880

680

740

570

330

330/27

730

-

-

-

-

-

400

400/22 400/51 400/64

830

825

860

713

705

1050

815

895

690

500

500/27 500/64

960 945

830 815

-

980

-

820

600

600/72

1050

920

-

1100

-

955

700

700/86

1180

1040

-

-

-

-

Таблица 1.3.30. Допустимый длительный ток для шин круглого и трубчатого сечений

Диаметр, мм

Круглые шины

Ток*, А

Медные трубы

Алюминиевые трубы

Стальные трубы

Внутренний и наружный диаметры, мм

Ток, А

Внутренний и наружный диаметры, мм

Ток, А

Условный проход, мм

Толщина стенки, мм

Наружный диаметр, мм

Переменный ток, А

медные

алюминиевые

без разреза

с продольным разрезом

6

155/155

120/120

12/15

340

13/16

295

8

2,8

13,5

75

-

7

195/195

150/150

14/18

460

17/20

345

10

2,8

17,0

90

-

8

235/235

180/180

16/20

505

18/22

425

15

3,2

21,3

118

-

10

320/320

245/245

18/22

555

27/30

500

20

3,2

26,8

145


12

415/415

320/320

20/24

600

26/30

575

25

4,0

33,5

180

-

14

505/505

390/390

22/26

650

25/30

640

32

4,0

42,3

220

-

15

565/565

435/435

25/30

830

36/40

765

40

4,0

48,0

255

-

16

610/615

475/475

29/34

925

35/40

850

50

4,5

60,0

320

-

18

720/725

560/560

35/40

1100

40/45

935

65

4,5

75,5

390

-

19

780/785

605/610

40/45

1200

45/50

1040

80

4,5

88,5

455

-

20

835/840

650/655

45/50

1330

50/55

1150

100

5,0

114

670

770

21

900/905

695/700

49/55

1580

54/60

1340

125

5,5

140

800

890

22

955/965

740/745

53/60

1860

64/70

1545

150

5,5

165

900

1000

25

1140/1165

885/900

62/70

2295

74/80

1770

-

-

-

-

-

27

1270/1290

980/1000

72/80

2610

72/80

2035

-

-

-

-

-

28

1325/1360

1025/1050

75/85

3070

75/85

2400

-

-

-

-

-

30

1450/1490

1120/1155

90/95

2460

90/95

1925

-

-

-

-

-

35

1770/1865

1370/1450

95/100

3060

90/100

2840

-

-

-

-

-

38

1960/2100

1510/1620

-

-

-

-


-

-

-

-

40

2080/2260

1610/1750

-

-

-

-

-

-

-


-

42

2200/2430

17700/1870

-

-

-

-

-

-

-



45

2380/2670

1850/2060

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Таблица 1.3.31. Допустимый длительный ток для шин прямоугольного сечения

Размеры, мм

Медные шины

Алюминиевые шины

Стальные шины

Ток *, А при количестве полос на полюс или фазу

Размеры, мм

Ток*, А

1

2

3

4

1

2

3

4

15×3 20×3 25×3

210

275

340

-

-

-

165

215

265

-

-

-

16×2,5 20×2,5 25×2,5

55/70 60/90 75/110

30×4 40×4

475

625

-/1090

-

-

-

-

365/370 480

-

-/855

-

-

-

20×3 25×3

65/100 80/120

40×5

50×5

50×6

60×6 80×6

100×6

60×8

80×8

100×8

120×8

700/705 860/870

955/960 1125/1145 1480/1510 1810/1875

1320/1345 1690/1755 2080/2180 2400/2600

-/1250-/1525

-/1700 1740/1990 2110/2630 2470/3245

2160/2485 2620/3095 3060/3810 3400/4400

-

-/1895

-/2145 2240/2495 2720/3220 3170/3940

2790/3020 3370/3850 3930/4690 4340/5600

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

540/545 665/670

740/745 870/880 1150/1170 1425/1455

1025/1040 1320/1355 1625/1690 1900/2040

-/965

-/1180

-/1315 1350/1555 1630/2055 1935/2515

1680/1840 2040/2400 2390/2945 2650/3350

-

-/1470

-/1655 1720/1940 2100/2460 2500/3040

2180/2330 2620/2975 3050/3620 3380/4250

-

-

-

-

-

-

-

-

30×3 40×3

50×3 60×3 70×3 75×3

80×3 90×3

100×3 20×4

95/140 125/190

155/230 185/280 215/320 230/345

245/365 275/410 305/460 70/115

*В числителе приведены значения переменного тока, в знаменателе - постоянного

Таблица 1.3.32. Допустимый длительный ток для неизолированных бронзовых и

сталебронзовых проводов

Провод

Марка провода

Ток *, А

Бронзовый

Б-50

215


Б-70

265


Б-95

330


Б-120

380


Б-150

430


Б-185

500


Б-240

600


Б-300

700

Сталебронзовый

БС-185

515


БС-240

640


БС-300

750


БС-400

890


БС-500

980

* Токи даны для бронзы с удельным сопротивлением р20 = 0,03 Ом·мм

Таблица 1.3.33. Допустимый длительный ток для неизолированных стальных проводов

Марка провода

Ток, А

Марка провода

Ток, А

ПСО-3

23

ПС-25

60

ПСО-3,5

26

ПС-35

75

ПСО-4

30

ПС-50

90

ПСО-5

35

ПС-70

125



ПС-95

135

1.3.23. При расположении шин прямоугольного сечения плашмя токи, приведенные в табл. 1.3.33, должны быть уменьшены на 5% для шин с шириной полос до 60 мм и на 8% для шин с шириной полос более 60 мм.

1.3.24. При выборе шин больших сечений необходимо выбирать наиболее экономичные по условиям пропускной способности конструктивные решения, обеспечивающие наименьшие добавочные потери от поверхностного эффекта и эффекта близости и наилучшие условия охлаждения (уменьшение количества полос в пакете, рациональная конструкция пакета, применение профильных шин и т.п.).

ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ ПО ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ТОКА

1.3.25. Сечения проводников должны быть проверены по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение S, мм2, определяется из соотношения:

                                                                             I
                                                               S =                         
                                                                           Jэк

где I - расчетный ток в час максимума энергосистемы, A; JЭK - нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2, для заданных условий работы, выбираемое по табл. 1.3.36.

Сечение, полученное в результате указанного расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается.

Таблица 1.3.34. Допустимый длительный ток для четырехполосных шин с расположением полос по сторонам квадрата ("полый пакет")

Размеры, мм

Поперечное сечение

Ток, А, на пакет шин





четырехполосной шины, мм2

медных

алюминиевых

80

8

140

157

2560

5750

4550

80

10

144

160

3200

6400

5100

100

8

160

185

3200

7000

5550

100

10

164

188

4000

7700

6200

120

10

184

216

4800

9050

7300

Таблица 1.3.35. Допустимый длительный ток для шин коробчатого сечения

Размеры, мм

Поперечное сечение

Ток, А, на две шины





одной шины, мм2

медные

алюминиевые

75

35

4

6

520

2730

-

75

35

5,5

6

695

3250

2670

100

45

4,5

8

775

3620

2820

100

45

6

8

1010

4300

3500

125

55

6,5

10

1370

5500

4640

150

65

7

10

1785

7000

5650

175

80

8

12

2440

8550

6430

200

90

10

14

3435

9900

7550

200

90

12

16

4040

10500

8830

225

105

12,5

16

4880

12500

10300

250

115

12,5

16

5450

-

10800

Таблица 1.3.36. Экономическая плотность тока

Проводники

Экономическая плотность тока, А/мм2, при числе часов использования максимума нагрузки в год

более 1000

до 3000

более 3000

до 5000

более 5000

Неизолированные провода и шины:




медные

2,5

2,1

1,8

алюминиевые

1,3

1,1

1,0

Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами:




медными

3,0

2,5

2,0

алюминиевыми

1,6

1,4

1,2

Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами:




медными

3,5

3,1

2,7

алюминиевыми

1,9

1,7

1,6

1.3.26. Выбор сечений проводов линий электропередачи постоянного и переменного тока напряжением 330 кВ и выше, а также линий межсистемных связей и мощных жестких и гибких токопроводов, работающих с большим числом часов использования максимума, производится на основе технико-экономических расчетов.

1.3.27. Увеличение количества линий или цепей сверх необходимого по условиям надежности электроснабжения в целях удовлетворения экономической плотности тока производится на основе технико-экономического расчета. При этом во избежание увеличения количество линий или цепей допускается двукратное превышение нормированных значений, приведенных в табл. 1.3.36.

В технико-экономических расчетах следует учитывать все вложения в дополнительную линию, включая оборудование и камеры распределительных устройств на обоих концах линий. Следует также проверять целесообразность повышения напряжения линии.

Данными указаниями следует руководствоваться также при замене существующих проводов проводами большего сечения или при прокладке дополнительных линий для обеспечения экономической плотности тока при росте нагрузки. В этих случаях должна учитываться также полная стоимость всех работ по демонтажу и монтажу оборудования линии, включая стоимость аппаратов и материалов.

1.3.28. Проверке по экономической плотности тока не подлежат:

сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при числе часов использования максимума нагрузки предприятий до 4000-5000;

ответвления к отдельным электроприемникам напряжением до 1 кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий;

сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений;

проводники, идущие к резисторам, пусковым реостатам и т. п.;

сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы 3-5 лет.

1.3.29. При пользовании табл. 1.3.36 необходимо руководствоваться следующим (см. также 1.3.27):

1. При максимуме нагрузки в ночное время экономическая плотность тока увеличивается на 40%.

2. Для изолированных проводников сечением 16 мм и менее экономическая плотность тока увеличивается на 40%.

1.3.30. Сечение проводов ВЛ 35 кВ в сельской местности, питающих понижающие подстанции 35/6 - 10 кВ с трансформаторами с регулированием напряжения под нагрузкой, должно выбираться по экономической плотности тока. Расчетную нагрузку при выборе сечений проводов рекомендуется принимать на перспективу в 5 лет, считая от года ввода ВЛ в эксплуатацию. Для ВЛ 35 кВ, предназначенных для резервирования в сетях 35 кВ в сельской местности, должны применяться минимальные по длительно допустимому току сечения проводов, исходя из обеспечения питания потребителей электроэнергии в послеаварийных и ремонтных режимах.

1.3.31. Выбор экономических сечений проводов воздушных и жил кабельных линий, имеющих промежуточные отборы мощности, следует производить для каждого из участков, исходя из соответствующих расчетных токов участков. При этом для соседних участков допускается принимать одинаковое сечение провода, соответствующее экономическому для наиболее протяженного участка, если разница между значениями экономического сечения для этих участков находится в пределах одной ступени по шкале стандартных сечений. Сечения проводов на ответвлениях длиной до 1 км принимаются такими же, как на ВЛ, от которой производится ответвление. При большей длине ответвления экономическое сечение определяется по расчетной нагрузке этого ответвления.

1.3.32. Для линий электропередачи напряжением 6-20 кВ приведенные в табл. 1.3.36 значения плотности тока допускается применять лишь тогда, когда они не вызывают отклонения напряжения у приемников электроэнергии сверх допустимых пределов с учетом применяемых средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности.

ПРОВЕРКА ПРОВОДНИКОВ ПО УСЛОВИЯМ КОРОНЫ И РАДИОПОМЕХ

1.3.33. При напряжении 35 кВ и выше проводники должны быть проверены по условиям образования короны с учетом среднегодовых значений плотности и температуры воздуха на высоте расположения данной электроустановки над уровнем моря, приведенного радиуса проводника, а также коэффициента негладкости проводников.

При этом наибольшая напряженность поля у поверхности любого из проводников, определенная при среднем эксплуатационном напряжении, должна быть не более 0,9 начальной напряженности электрического поля, соответствующей появлению общей короны.

Проверку следует проводить в соответствии с действующими руководящими указаниями.

Кроме того, для проводников необходима проверка по условиям допустимого уровня радиопомех от короны.

PUE HY TERMINAL - Весы и весы RADWAG - Каталоги в формате PDF

Терминал

PUE HY предназначен для изготовления весов с датчиками веса и систем взвешивания, предназначенных для выполнения операций по составлению рецептур, этикетированию и подсчету. Конструкция PUE HY заключен в корпус из нержавеющей стали со степенью защиты IP 68/69. Терминал оснащен 5,7-дюймовым TFT-дисплеем с сенсорной панелью, мембранной клавиатурой (раскладка QWERTY) и разделенными функциональными и цифровыми клавишами. Он включает в себя различные порты, позволяющие подключать множество устройств: до 4 платформ для взвешивания, сканер штрих-кода, принтер, этикетировщик, устройство чтения карт транспондера и оборудование для ПК (мышь, компьютерная клавиатура, USB-накопитель - с помощью USB-адаптера) Область применения p Промышленность системы взвешивания, подходящие для применения PUE HY благодаря прочной, прочной конструкции и простоте эксплуатации.p Промышленные системы, предназначенные для выполнения следующих операций: подсчет, маркировка, дозирование, составление формул. p Системы мониторинга для контроля расфасованных товаров (PGC). p Промышленные системы взвешивания, работающие во взаимодействии с системами, предназначенными для автоматического управления - совместная работа возможна благодаря многочисленным входам и выходам. Корпус Уровень защиты согласно PN-EN 60529 Мощность дисплея Дополнительная мощность Диапазон температур Атмосферная влажность OIML Количество подразделений легализации Максимальный входной сигнал Максимальное напряжение в разделе легализации Мин. Напряжение в подразделении легализации Мин. Полное сопротивление тензодатчика Максимальное сопротивление тензодатчика Мощность тензодатчика Подключение тензодатчиков Количество весовых платформ Процессор RAM память Флэш-память Система RS232 USB Ethernet In / Out ДОПОЛНИТЕЛЬНО: 8 In модуль 4 In модуль AN xxx модуль Profibus DP Модуль RS485 Внешние ключи PRINT, TARE, ZERO Multirange 8IN / 8OUT - кабельный ввод 4IN / 4OUT - кабельный ввод Токовая петля 4-20 мА, 0-20 мА, Петля напряжения 0-10 В - кабельный ввод 2xM12 5P разъема с кодировкой B (*), (**), (***) ^^^^ M12 8P разъем (*), (**) 8-контактный разъем M12 (*) ДА - герметичность обеспечивается при установленной пылезащитной крышке или держателе кабеля * - интерфейс Profibus DP устанавливается взаимозаменяемо с интерфейсом RS 485 (они не возникают одновременно) ** - характеристики клемм один интерфейс RS232 90 003 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ИНДИКАТОР

PUE 7 - Весы и весы RADWAG - Каталоги в формате PDF

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ИНДИКАТОР ПУЭ 7 дата выпуска 10-03-2015 Весовые индикаторы ПУЭ 7 предназначены для построения промышленных весов.Он может быть заключен в корпус из пластика или нержавеющей стали для установки в стойку. Он оснащен 5,7-дюймовым цветным графическим дисплеем с сенсорной панелью и мембранной клавиатурой. Также были установлены два датчика приближения с программируемыми функциями. К индикатору можно подключить две платформы. Что касается периферийных устройств, к нему могут быть подключены следующие устройства: сканеры штрих-кода, принтеры чеков и этикеток, считыватели карт-транспондеров и типичное оборудование ПК (клавиатура, мышь и т. Д.). PUE 7 поддерживает 1 платформу взвешивания в стандартной версии.Доступные версии программного обеспечения: стандартные (функции маркировки, подсчета штук, контрольного взвешивания), одностендовый контроль расфасовок, компаратор массы, сетевая версия контроля расфасовок (KTP NET), вибрационный дозатор. 71 Интерфейс связи Инфракрасные датчики приближения Дополнительные функции: - функция PRINT - функция TARE - регулировка чувствительности датчика Ethernet RS 232 2 × USB источник питания RS 232 4 входа / 4 выхода Технические данные: PUE 7 PUE 7 / P (панель) пластик нержавеющая сталь IP 43 лицевая сторона IP 66/67, полностью IP 32 2 120 ÷ 230 В перем. Тока; 10 ÷ 15VDC 10 ÷ 15VDC 5,7 "с сенсорной панелью 8 клавиш -10 ° C ÷ 40 ° C III 6000 19,5 мВ 3,25 мкВ 0,5 мкВ 80 1200 5V ARM 200 МГц RAM 64 МБ, флэш-память 1 ГБ Windows CE 6.0 2 4 Метрологические параметры, как в основной платформе (опция) 2 × RS 232, 2 × USB, Ethernet, 4 входа / 4 выхода Корпус Класс защиты IP Датчики приближения Источник питания Дисплей Клавиатура Работа Температура Класс OIML Максимальное количество интервалов проверки Максимальное увеличение входного сигнала Максимальное напряжение на интервал проверки Минимальное напряжение на интервал проверки Минимальный импеданс тензометра Максимальный импеданс тензометра Напряжение возбуждения тензометрического моста Процессор Память Работа Система Количество платформ Дополнительный модуль платформы весов Интерфейсы ПАРАМЕТРЫ ВХОД / ВЫХОД Тип ВХОДА / ВЫХОДА Поперечное сечение провода Максимальный коммутируемый ток Максимальное прямое напряжение Диапазон управляющего напряжения Геркон типа NO 0,14 ÷ 0,5 мм RADWAG 26-600 Radom s 28 Bracka Street s ПОЛЬША s Телефон: +48 48 3848800 s Факс: +48 48 3850010 s www.Электронная почта radwag.com: ex

6 квт сечение провода

Правильный выбор кабеля или провода для электропроводки в частном доме или квартире - основа безопасной эксплуатации внутренних электрических сетей. В основе выбора лежит сечение кабеля, которое можно рассчитать самостоятельно.

Итак, начнем с того, что есть нормативный документ, по которому можно выбрать провод или кабель на нагрузку 5 кВт.Этот документ - «Правила устройства электроустановок» или сокращенно «ПУЭ». Итак, в этих правилах указано, что есть три параметра, которые являются основанием для выбора сечения:

  • материал, из которого сделана проволока;
  • напряжение в сети;
  • токовая нагрузка в амперах или мощность в киловаттах.

При неправильном выборе сечения провода по токовой нагрузке или потребляемой мощности, он обязательно нагреется, его изоляция оплавится, и велика вероятность короткого замыкания, часто сопровождающегося возгоранием.Поэтому не экономьте на проводке.

Впрочем, не стоит и переигрывать, выбор раздела намного больше, чем нужно. В первую очередь это коснется кошелька, потому что провода с большим сечением дороже. Хотя необходимо просчитать возможное увеличение нагрузки с появлением в будущем новой бытовой техники. Но делать это надо грамотно.

Критерии выбора

В ПУЭ есть таблицы, по которым можно выбрать сечение провода.Их несколько. Все дело в том, что существует большое количество самих проводов, которые используются в электропроводке квартиры или дома. Каждый провод имеет свои особенности и характеристики, например, изолированный неизолированный сердечник. Он может быть из ПВХ, резины, с защитной оболочкой из свинца и так далее. Плюс к этому есть два способа прокладки, от которых тоже зависит, какое сечение провода выбрать. Прокладка может быть открытой и закрытой.

Поэтому, чтобы не рассматривать все таблицы и не искать их с нужным параметром кабеля, мы создали сводную таблицу, в которой учтены все вышеперечисленные технические условия с добавлением материала, из которого изготовлен провод .Вот таблица:

Поскольку наша задача в данной статье - сделать выбор сечения провода при нагрузке 5 кВт, из таблицы видно, что:

  • во-первых, нет такая нагрузка, поэтому придется выбирать ближайшую по размеру большую, а это 5,5 кВт;
  • второй, напряжение выбирается: 220 или 380 вольт;
  • в-третьих, способ укладки: по воздуху или по земле;
  • четвертый, сырье для проволоки: медь или алюминий.

Так как 5,5 кВт для небольшого частного дома или стандартной квартиры - это нормальная нагрузка, то подвести к ним лучше медным проводом. А так как чаще всего это прокладка по воздуху, из таблицы становится понятно, что для такого электрического подключения нужен провод сечением 2,5 мм². В этом случае он выдержит токовую нагрузку равную 25А.

Но есть один момент, который касается стоимости вводной машины. Следует отметить, что данный показатель устанавливается проектом и утверждается энергоснабжающей организацией.Значит, номинал вводного автомата при нагрузке 5,5 кВт, то есть 25 ампер, должен им соответствовать. То есть на входе в комнату в распределительном щите монтируется автоматический выключатель на 25 А.

В правилах оговаривается условие, что провод, подводимый в дом или квартиру, должен быть на номинальный ток выше, чем у автомата. Смотрим на таблицу, в которой следующий по величине показатель токовой нагрузки - 35 ампер. Мы примем это за реальную стоимость. Отсюда и другие характеристики электрического провода:

  • сечение - 4 мм²;
  • выдерживаемая мощность - 7.7 кВт.

Для таких условий монтажа потребуется провод ВВГГГ, который будет проложен открытым способом.

Есть еще один показатель, который следует учитывать при выборе сечения провода. Это так называемый условный ток отключения. Это также будет зависеть от автоматического выключателя, установленного в распределительном щите. Это устройство имеет одну характеристику, ее название - время-токовая характеристика. Таким образом, для машины с номиналом 25 ампер условный ток отключения будет:

1.45x25 = 36,25 ампер.

В холодном состоянии автоматический выключатель отключится только через час с этой нагрузкой. При повышении температуры этот параметр уменьшается. Поскольку в рассматриваемом нами примере указано сечение провода 4 мм², это соответствует продолжительному допустимому току, равному 35 ампер. Сравниваем с таким же показателем автомата. Разница небольшая, так что можете оставить как есть. Но специалисты рекомендуют в этих условиях устанавливать провод сечением 6 мм², что соответствует длительно допустимому току, равному 42 ампера.

Внимание! Токовая нагрузка на провода, от которых запитана бытовая техника, работающая от сети 220 вольт, больше, чем у работающих от сети в 380 вольт.

Рассчитать текущую нагрузку можно вручную, не прибегая к таблицам. Например, если вы рассчитываете кабель для подключения электроплиты или водонагревателя мощностью 3 кВт. Для этого необходимо использовать закон Ома, точнее его формулу:

I = P / U, где P - мощность, равная 3 кВт, U - напряжение (380 В).

Подставляем наши значения в формулу и получаем: I = 3000: 380 = 7,89 А. Округляем до 8 ампер. Теперь вы можете выбрать провод из той же таблицы. В некоторых случаях для расчета текущей нагрузки используются поправочные коэффициенты, но в бытовых условиях эксплуатации электроплит и другого оборудования, где нет высоких пусковых нагрузок, они имеют мизерное значение, поэтому эти расчеты неприменимы. Рекомендуется просто увеличить текущий показатель на небольшую величину: 3-5 ампер, которые прибавляются к расчетному значению.

Из расчетов становится понятно, что для электроплиты мощностью 3 кВт медный кабель сечением 2,5 мм². А поскольку для этого устройства отдельная линия электропередачи с отдельным автоматом в квартире или доме, то, как и при описанных выше условиях, необходимо учитывать время-токовую нагрузку. Поэтому лучший вариант - это провод сечением 4 мм². Точно такой же расчет можно произвести с любым устройством разной мощности, или расчет для всего дома вне зависимости от технических условий подключения (это будет 10 кВт или 15).

Заключение по теме

Вопрос, как выбрать сечение провода для подачи в квартиру или частный дом, один из самых важных. Именно он решает проблему определенной экономии. Представьте, если расчеты выполняются неправильно. То есть вы неправильно подобрали и приобрели несколько сотен метров провода, несколько автоматов и УЗО. Это, если можно так выразиться, деньги на ветер. Именно поэтому так важно понимать, какое сечение провода необходимо в том или ином случае.И все это зависит от потребляемой мощности и токовой нагрузки, которые прямо пропорциональны закону Ома.

Электрический ток, протекающий по проводам и кабелям, обеспечивает работу электроприборов в доме. Именно поэтому для качественной и безопасной эксплуатации электропроводки необходимо правильно рассчитать соответствие сечения проводника ожидаемым нагрузкам в соответствии с требованиями безопасности.

Медь или алюминий

Обычно опытные хозяева используют для домашней открытой или скрытой проводки медные провода.Значительно большее сечение провода (на 25-30%) требует скрытой проводки, которая охлаждается гораздо медленнее, чем открытая проводка, не скрытая в трубе-трубе или стене дома.

В случае, если в доме алюминиевая проводка, лучше выбирать алюминиевые провода. Можно использовать медные провода, соединив их с алюминиевыми с помощью соединительных клемм. Недостатком такого дуэта является быстрое окисление спая и потеря контакта.

Конечно, стоимость медных проводов в несколько раз выше алюминиевых аналогов, но безопасность должна быть превыше всего.Вот основные преимущества меди перед алюминием:

  • большая прочность и мягкость соответственно меньше риск поломки в точках изгиба;
  • повышенная устойчивость к коррозии и воздействию химикатов. При скручивании алюминиевых проводов стыки быстрее окисляются, а работа контактов нарушается;
  • высокая степень токопроводимости. Например, медные провода, имеющие сечение 2,5 мм. может выдерживать гораздо более высокую токовую нагрузку, чем алюминиевый эквивалент.

Правильное отношение мощности к поперечному сопротивлению

Грамотный расчет сечения провода позволяет выбрать подходящий вариант, обеспечивающий надежность и безопасность электропроводки. Основным показателем является допустимая длительная токовая нагрузка - величина, коэффициент пропускания в течение длительного периода времени.

Чтобы правильно определить сечение провода, нужно рассчитать общую номинальную мощность используемых электроприборов. Например, сумма мощностей электрической духовки, электрочайника, тостера и миксера составляет 5 кВт.Соответственно, для качественной работы оборудования потребуется провод, выдерживающий нагрузку в 6 кВт.

Лучшим вариантом будет медный провод круглого сечения сечением 2,5 мм. с двойной изоляцией (ПВА 2 × 2,5). Также для мощности 6 кВт подойдет медный круглый провод с витыми жилами и двойной изоляцией (ШВВП 2 × 2,5).

Если в доме алюминиевая проводка, то для мощности 6 кВт необходим плоский алюминиевый провод с одинарным сечением изоляции 4 мм.Подобный вариант необходим при суммарной мощности более 6 кВт.

К выбору сечения провода следует отнестись со всей ответственностью. Необходимо помнить, что несоответствие сечения провода и токовых нагрузок может привести к перегреву, оплавлению изоляции, замыканию и возгоранию в доме. Покупать провода необходимо только у проверенных поставщиков, производящих кабели и провода в соответствии с ГОСТ и техническими требованиями.

На выбор сечения проводов для питания потребителей общей мощностью 5 кВт может влиять ряд факторов, которые во многом определяются не только активной нагрузкой и материалом рабочих жил, но и внешние условия.Для современных силовых цепей широко используются медные жилы и алюминий.

Из внешних условий, влияющих на выбор сечения проводов и кабелей, выделяют следующие:

  • Закрытая или открытая прокладка.
  • Длина силовых линий.
  • Укладка рядом с другими проводниками или в связку.
  • Максимальная температура среды, в которой используется продукт.

Для расчета сечения с учетом вышеперечисленных факторов, рабочего материала кабеля, а также размеров и видов нагрузок, существуют таблицы, приведенные в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ).

На утолщение токопроводов влияет их скрытая прокладка, длительная максимальная нагрузка и температура. В совокупности все эти факторы могут привести к увеличению сечения до 2 раз по сравнению с обычными требованиями только к нагрузке. Также по сечению почти в два раза при одинаковой мощности потребителя силовые линии из меди и алюминия отличаются - первые будут тоньше. Кроме того, медные проводники более устойчивы к механическим и атмосферным изменениям, менее подвержены «старению».

Выборка таблиц ПУЭ для определения, какое сечение проводов необходимо для однофазной цепи 5 кВт 220 В, видно, что конкретные показатели не указаны. Следовательно, с запасом потребляемой мощности принимается следующее большее значение, т.е. для 6 кВт.

Мы обнаружили, что для медного проводника мощностью 5 кВт, проложенного на поверхности на длине не более 20 м, потребуется поперечное сечение 2,5 мм². И при тех же условиях алюминиевый кабель должен быть уже 4 кв.м.

Если трехфазный источник питания подключен к напряжению 380 В, то для нагрузки 1,5 кВт используется медь толщиной 1,5 мм, для широкого спектра применений.

В приведенных примерах указаны частные варианты сечения провода на 5кВт. Следует отметить, что ответственность за окончательные расчеты лучше возложить на специалистов, они будут учитывать и температуру, и длину проводки, и исполнение изоляции, а также многие другие параметры.Ведь последствия неправильного выбора раздела могут быть катастрофическими. Электропроводка, которая не выдерживает нагрузки, дает сбои в работе или может стать причиной пожара. С другой стороны, снимать избыточные запасы толщины оказывается невыгодно, а при значительных объемах электрификации ощутимо бьет по карману.

Как известно, важнейшей характеристикой электроприборов является мощность, потребляемая ими от сети. Он определяет требования к электропроводке, ее параметрам.Недостаточно качественная проводка, выполненная неподходящим кабелем, может привести к возгоранию изоляции и возгоранию.

Обычные электрики могут использовать формулы, вычисляющие необходимое сечение жил кабеля. Как определить, какое сечение провода нужно на 5 кВт потребляемой мощности?

Экспериментально установлено, что провод сечением 1 квадратный миллиметр в течение длительного времени выдерживает ток 10 ампер. Устройство мощностью 5 кВт потребляет около 22 ампер.Для такого устройства требуется провод сечением 2,2 мм кв. откуда взялось значение 22 ампера? Мощность P равна произведению напряжения U на ток I. Разделив 5000 ватт на 220 вольт, мы получим чуть больше 22 ампер.

Ближайшее стандартное сечение жил 2,5 мм кв. Это необходимое условие, но предпочтительнее подстраховаться и использовать следующее большее значение в 4 мм кв.

Решенная задача Физика твердого тела

Решенная задача

1.Найдите температуру, при которой с 1% вероятностью возникнет состояние с энергией на 0,5 эВ выше энергии Ферми.

(Набор-1, Набор-3, Набор-4 – май 2007 г.), (Набор-1, Набор-2, Набор-3 – сентябрь 2006 г.), (Набор-2, Набор-3 – май 2006), (Набор-1, Набор-4 – июнь 2005 г.), (Набор-1 – май 2003 г.)

Sol: Вероятность, f ( E ) = 1% = 1/100

E - E F = 0,5 эВ

T =?

Подставляя значения, получаем:

Взяв ln с обеих сторон, получаем:

2.Энергия Ферми меди составляет 7 эВ при комнатной температуре. Каково общее количество свободных электронов в единице объема при той же температуре?

(Set-2 – May 2003)

Sol: энергия Ферми, E F = 7 эВ = 7 × 1,602 × 10 –19 Дж = 11,214 × 10 –19 Дж

3. Найдите время релаксации электронов проводимости в металле с удельным сопротивлением 1,54 × 10 -8 Ом-м, , если металл имеет 5.8 × 10 28 электронов проводимости / м3 .

(Набор-3 – сентябрь 2007 г.), (Набор-2 – май 2007 г.), (Набор-1 – май 2006 г.), (Набор-4 – сентябрь 2006 г.), (Набор-1 – ноябрь 2004 г.) ), (Набор-2 – май 2004 г.), (Набор-2 – ноябрь 2003 г.), (Набор-4 – ноябрь 2003 г.)

Sol: Приведены данные:

Удельное сопротивление металла, ρ = 1,54 × 10 -8 Ом – м

Число электронов проводимости, n = 5,8 × 10 28 / м 3

Время релаксации, τ =?

4.Для металла с 6,5 × 10 28 электронов проводимости / м 3 . Найдите время релаксации электронов проводимости, если металл имеет удельное сопротивление 1,43 · 10 –8 Ом · м.

(Set-4 – Sept. 2008), (Set-3 – Nov. 2003)

Sol: Число электронов проводимости, n = 6.5 × 10 28 / m 3

Удельное сопротивление металла, ρ = 1,43 × 10 –8 Ом-м

Время релаксации, τ =?

5.Рассчитайте концентрацию свободных электронов, подвижность и скорость дрейфа электронов в алюминиевой проволоке длиной 5 м и сопротивлением 0,06 Ом , несущей ток 15 А, , предполагая, что каждый атом алюминия вносит 3 свободных электрона для проводимости .

Дано: [Удельное сопротивление для алюминия] = 2,7 × 10 –8 Ом – м

[Атомный вес] = 26,98

[Плотность] = 2,7 × 10 3 кг / м 3

[номер Avagadro] = 6.025 × 10 23

(Набор-1, Набор-2, Набор-4 – сентябрь 2007 г.), (Набор-4 – май 2006 г.), (Набор-2, Набор-3 – июнь 2005 г.)

Sol: Данные следующие:

Длина алюминиевого провода, L = 5 м

Сопротивление провода, R = 0,06 Ом

Ток в проводе, I = 15 A

Количество электронов проводимости атома Al = 3

Удельное сопротивление алюминия, ρ = 2,7 × 10 –8 Ом – м

Атомный вес алюминия, w = 26.98

Плотность алюминия, D = 2,7 × 10 3 кг / м 3

Число Авогадро, N A = 6,025 × 10 26 на к-моль

Концентрация свободных электронов , n =?

Подвижность электронов, μ =?

Скорость дрейфа электронов, v d =?

Число электронов проводимости на м 3 ,

Мы знаем или

подвижность,

Скорость дрейфа,

и

6.Рассчитайте подвижность электронов в меди по классическим законам. Учитывая, что плотность меди = 8,92 × 10 3 кг / м 3 , удельное сопротивление меди = 1,73 × 10 –8 Ом · м, атомная масса меди = 63,5 и число Авогадро = 6,02 × 10 26 на к-моль.

(Set-3 – May 2008)

Sol: Плотность меди, D = 8,92 × 10 3 кг / м 3

Удельное сопротивление меди, ρ = 1.73 × 10 –8 Ом – м

Атомный вес меди, Вт = 63,5

Число Авогадро, N A = 6,02 × 10 26 на К-моль

Подвижность μ знак равно

7. Вычислите подвижность электронов в меди, учитывая, что каждый атом вносит один электрон для проводимости. Удельное сопротивление меди = 1,721 × 10 –8 Ом-м, атомный вес 63,54, плотность меди 8,95 × 10 3 кг / м 3 и число Авогадро 6.025 × 10 23 / моль.

Sol: Данные следующие:

Удельное сопротивление меди, ρ = 1,721 × 10 -8 Ом-м

Атомный вес меди, Вт = 63,54

Плотность меди, D = 8,95 × 10 3 кг / м 3

Число Авогадро, N A = 6,025 × 10 26 на К-моль

Число свободных электронов на атом = 1

Подвижность электронов проводимости меди, мкм =?

8.Найти время релаксации электронов проводимости в металле, содержащем 6,5 × 10 28 электронов проводимости на м 3 . Удельное сопротивление металла 1,50 × 10 –8 Ом – м.

Sol: Данные следующие:

Число электронов проводимости, n = 6,5 × 10 28 / м 3

Удельное сопротивление металла, ρ = 1,50 × 10 –8 Ом– м

Время релаксации, τ =?

мы знаем, что

9.Однородная серебряная проволока имеет удельное сопротивление 1,54 × 10 -8 Ом – м при температуре 300 К . Для электрического поля вдоль провода 1 В / см. Рассчитать:

  1. скорость дрейфа
  2. подвижность и время релаксации электронов, предполагая, что имеется 5,8 × 10 28 электронов проводимости на м скорость электронов проводимости.

Sol: Приведены следующие данные:

Удельное сопротивление серебряной проволоки, ρ = 1,54 × 10 –8 Ом – м

Электрическое поле, E = 1 В / см = 10 2 В / м

Число электронов в единице объема, n = 5,8 × 10 28 / м 3

Время релаксации, τ =?

Скорость дрейфа, v d =?

Подвижность электронов проводимости, n =?

10.Энергия Ферми серебра составляет 5,5 эВ, , а время релаксации электронов составляет 3,97 × 10 –14 с . Вычислить скорость Ферми и длину свободного пробега электронов в серебре .

Sol: Приведены данные:

Энергия Ферми серебра, E F = 5.5 эВ = 5.5 × 1.602 × 10–19 Дж

Время релаксации электронов в серебре, τ = 3.97 × 10 –14 S

Скорость Ферми, V F =?

Средняя длина свободного пробега, λ =?

Мы знаем, что

или

1.39 × 10 6 м / с

Длина свободного пробега, λ = V F τ

= 1,39 × 10 6 × 3,97 × 10 −14

= 5,52 × 10 - 8 м

11. Вычислите энергию Ферми в эВ для серебра при 0 K, , учитывая, что плотность серебра составляет 10500 кг / м 3 , его атомный вес 107,9 и электрон проводимости на атом.

Sol: Приведены данные:

Плотность серебра, D = 10500 кг / м 3

Атомный вес серебра, M = 107.9

Количество свободных электронов на атом = 1

12. Найти скорость дрейфа свободных электронов в медной проволоке с площадью поперечного сечения 10 мм 2 . Когда по проводу проходит ток 100 А . Предположим, что каждый атом меди дает один электрон в электронный газ. [ Плотность меди = 8,92 × 10 3 кг / м3, Атомный вес меди = 63,5 и число Авогадро = 6,02 × 10 26 на К-моль]

Sol: Площадь поперечного сечения провод, A = 10 мм 2

= 10 × 10 -6 м 2

Ток через провод, I = 100 ампер

Количество свободных электронов на атом = 1

Плотность меди, D = 8.92 × 10 3 кг / м 3

Атомный вес меди, Вт = 63,5

Число Авогадро, N A = 6,02 × 10 26 на К-моль

Скорость дрейфа свободного электрона, v d =?

Плотность тока,

Но Дж = nev d где n = концентрация свободных электронов

Кол-во свободных электронов на м 3 ,

1.Найдите удельное сопротивление собственного полупроводника с собственной концентрацией 2,5 × 10 19 на м 3 . Подвижности электронов и дырок составляют 0,40 м 2 / В-с и 0,20 м 2 / В-с.

Sol: Данные следующие:

Собственная концентрация ( n i ) = 2,5 × 10 19 / m 3

Подвижность электронов ( μ n ) = 0,40 м 2 / Vs

Подвижность дырок ( μ p ) = 0.20 м 2 / Vs

Электропроводность собственного полупроводника (σ i ) = n i e [ μ n + μ p

] 2. Рассчитайте количество донорных атомов на м 3 материала n-типа с удельным сопротивлением 0,25 Ом-м, подвижность электронов составляет 0,3 м 2 / Вс.

Sol: Мы знаем:

[Так как n = количество свободных электронов на метр 3 ≈ количество донорных атомов n-типа]

3.При 300 К, найти коэффициент диффузии электронов в кремнии. Учитывая подвижность электронов ( μ n ) составляет 0,21 m 2 / В-с.

Sol: Из уравнения Эйнштейна мы знаем:

4. Коэффициент Холла (R H ) полупроводника равен 3,22 × 10 −4 м 3 C −1 . Его удельное сопротивление составляет 8,50 × 10 −3 Ом-м. Рассчитайте подвижность и концентрацию носителей .

Sol: Поскольку R H положителен, данный полупроводник является p-типом.

Подвижность дырок μ p составляет:

5. Подвижности электронов и дырок в образце собственного германия при 300 K составляют 0,36 м 2 / Вс м 2 / вс, соответственно.Если удельное сопротивление образца составляет 2,12 Ом-м, вычисляет собственную концентрацию.

Sol: Подвижность электронов ( μ e ) = 0,36 м 2 / Вс

Подвижность дырок ( μ h ) = 0,17 м 2 / Вс

Удельное сопротивление i = 2,12 Ом-м

Энергетический зазор ( E г ) =?

6. Следующие данные приведены для собственного германия при 300 K n i = 2.4 × 10 19 / м 3 ; μ e = 0,39 м 2 / В-с; мкм ч = 0,19 м 2 / В-с. Рассчитайте удельное сопротивление образца .

(Set-1 – Sept. 2007), (Set-2 – Sept. 2006), (Set-1 – May 2003)

Sol:

7. Электроны и дырки перемещаются в Образец кремния составляет 0,135 и 0,048 м 2 / Vs, соответственно.Определите проводимость собственного Si при 300 К , если собственная концентрация носителей составляет 1,5 × 10 16 атомов / м 3 . Образец легирован 10 23 фосфором атомов / м 3 . Определите концентрацию дырок и проводимость .

(Set-3 – May 2004), (Set-4 – May 2003)

Sol: Подвижность электронов ( μ e ) = 0,135 м 2 / Vs

Подвижность дырок ( мкм ч ) = 0.048 м 2 / Vs

Внутренняя концентрация носителей ( n i ) = 1,5 × 10 16 / м 3

Проводимость (σ) = n i e ( μ e + μ h ) = 1,5 × 10 16 × 1,6 × 10 −19 [0,135 + 0,048]

= 1,5 × 1,6 × 0,183 × 10−3 = 0,439 × 10 −3 / Ом-м.

Концентрация легирования, N D = 10 23 атома фосфора / м 3

концентрация дырок, p =?

проводимость ( σ n ) =?

8.R H образца составляет 3,66 × 10 -4 м 3 / c. Его удельное сопротивление составляет 8,93 × 10 −3 Ом-м. Найдите μ и n .

(Набор-1 – май 2004 г.), (Набор-2 – май 2003 г.)

Sol: Поскольку R H положительный, данный образец является материалом p-типа, R H =

9. Найдите электропроводность собственного кремния при 300 К. Принято, что n i при 300 K в кремнии составляет 1,5 × 10 16 / м 3 , а подвижности электронов и дырок в кремнии равны 0,13 м 2 / Vs и 0,05 м 2 / Vs, соответственно

(Set-2 – May 2003)

Sol: Собственная концентрация ( n i ) = 1,5 × 10 16 / m 3

Подвижность электронов ( μ e ) = 0.13 м 2 / Vm

Подвижность отверстий ( μ h ) = 0,05 м 2 / Vm

Проводимость ( σ ) = n i e ( μ e + μ h ) = 1,5 × 10 16 × 1,6 × 10 −19 (0,13 + 0,05) / Ом-м

= 4,32 × 10 −4 / Ом- м

10. Собственная концентрация чистого кремния равна 1.5 × 10 16 / м 3 при 300 К. Если он легирован атомами донорной примеси из расчета 1 из 10 8 атомов кремния, то рассчитайте его проводимость. Предположим, что все примесные атомы ионизированы. Учитывая, что атомный вес кремния составляет 28,09, плотность = 2,33 × 10 3 кг / м 3 подвижности электронов и дырок составляют 0,14 м 2 / Vs и 0,05 м 2 / Vs, соответственно .

Sol: Приведены следующие данные:

Собственная концентрация ( n i ) = 1.5 × 10 16 / м 3

Атомный вес кремния ( A ) = 28,09

Плотность кремния ( D ) = 2,33 × 10 3 кг / м 3

Электрон подвижность ( μ e ) = 0,14 м 2 / Vs

Подвижность отверстий ( μ h ) = 0,05 м 2 / Vs

Поскольку концентрация допирования составляет 1 из 10 8 атомов кремния

∴ Концентрация электронов ( n ) =

Из закона действия масс, концентрация дырок

= 4.5 × 10 11 / м 3

∴ Проводимость ( σ ) = e [ e + h ] = 1,6 × 10 –19 [5 × 10 20 × 0,14 + 4,5 × 10 11 × 0,05]

= 1,6 × 10 –19 [70,000 × 10 15 + 0,0000225 × 10 15 ] = 1,6 × 10 –19 × 70,000.0000225 × 10 15

= 11,2 / Ом – м

11.Чистый германий при 300 К имеет плотность заряда 2,5 × 10 19 / м 3 . Образец чистого германия легирован донорными примесными атомами из расчета один примесный атом на каждые 10 6 атомов германия. Предполагая, что все примесные атомы ионизированы, найдите удельное сопротивление легированного германия, если подвижности электронов и дырок составляют 0,36 м 2 / Vs и 0,18 м 2 / Vs, соответственно и количество атомов германия / единица объема составляет 4.2 × 10 28 атомов / м 3 .

Sol: Данные следующие:

Плотность носителей заряда ( n i ) = 2,5 × 10 19 / м 3

Подвижность электронов ( μ e ) = 0,36 м 2 / Vs

Подвижность дырок ( μ h ) = 0,18 м 2 / Vs

Поскольку концентрация легирования составляет 1 из 10 6

Поскольку все примесные атомы ионизированы,

Итак, количество свободных электронов на 1 м 3 = n = 4.2 × 10 22 / м 3

Концентрация дырок p получается из закона действия масс как:

np = n i 2

12. Собственный Ge при комнатной температуре с концентрацией носителей 2,4 · 10 9 м –3 легирован одним атомом Sb на 10 6 атомов Ge. Какой была бы концентрация дырок, если бы концентрация атомов Ge составляла 4 × 10 28 м –3 ?

Sol: Концентрация носителей в Ge при комнатной температуре, ( n + p ) = 2.4 × 10 9 м –3

Легирующая концентрация атомов Sb = 1 из 10 6 атомов Ge

Концентрация атомов Ge, N = 4 × 10 28 м –3

Поскольку атомы Sb являются пятивалентными атомами, их ионизация вносит вклад в свободные электроны и положительные ионы в материале, но на дырки это не влияет.

Итак, концентрация дырок, концентрация носителей

13.Рассчитайте плотность донорных атомов для получения материала n-типа с удельным сопротивлением 0,2 Ом-м и 0,35 м 2 В −1 подвижностью электронов .

Sol: Удельное сопротивление материала, ρ = 0,2 Ом-м

Подвижность электронов, μ n = 0,35 м 2 В −1

Плотность донорных атомов, n =?

Электропроводность, σ e = ne μ e

14.Если удельное сопротивление собственного полупроводника составляет 5 Ом-м при 300 K и 2,5 Ом-м при 320 K, , какова будет его запрещенная зона?

Sol: удельное сопротивление при 300 K, ρ 1 = 5 Ом-м

Удельное сопротивление при 320 K, ρ 2 = 2,5 Ом-м

Энергетическая щель собственного полупроводника, E г =?

Для собственных полупроводников,

15.Найдите коэффициент диффузии электронов в кремнии при 300 K , если μ e равно 0,19 м 2 / В · с.

(Set-2 – Sept. 2007), (Set-3 – May 2007), (Set-4 – June 2003), (Set-2 – May 2004)

Sol: Вероятность электронов, мкм e = 0,19 м 2 / Vs

Температура образца, T = 300 K

Коэффициент диффузии электронов, D n =?

16.Удельное сопротивление собственного полупроводника составляет 4,5 Ом-м при 20 ° C и 2,0 Ом-м при 32 ° C. Что такое ширина запрещенной зоны?

(Set-4 – May 2004)

Sol: ρ 1 = 4,5 Ом-м

ρ 2 = 2,0 Ом-м

T 1 = 20 ° C = 293 K

T 2 = 32 ° C = 305 K

Ширина запрещенной зоны, E г =?

Мы знаем:

Удельное сопротивление,

, где A = постоянная

k B = постоянная Больцмана

= 1.38 × 10 -23 Дж / k

Логарифмируя с обеих сторон, получаем:

% PDF-1.4 % 2038 0 объект > endobj xref 2038 87 0000000016 00000 н. 0000002817 00000 н. 0000002965 00000 н. 0000003801 00000 п. 0000004309 00000 п. 0000005067 00000 н. 0000005552 00000 н. 0000005667 00000 н. 0000005780 00000 н. 0000005866 00000 н. 0000006297 00000 н. 0000006827 00000 н. 0000007304 00000 н. 0000007889 00000 н. 0000007975 00000 п. 0000008532 00000 н. 0000009171 00000 п. 0000011431 00000 п. 0000013926 00000 п. 0000014105 00000 п. 0000016826 00000 п. 0000019245 00000 п. 0000022199 00000 п. 0000024637 00000 п. 0000027131 00000 п. 0000028708 00000 п. 0000031382 00000 п. 0000035373 00000 п. 0000040317 00000 п. 0000045828 00000 п. 0000045869 00000 п. 0000081454 00000 п. 0000117002 00000 н. 0000117043 00000 н. 0000152597 00000 н. 0000152638 00000 н. 0000188185 00000 н. 0000188226 00000 н. 0000223783 00000 н. 0000223824 00000 н. 0000259367 00000 н. 0000259408 00000 н. 0000295491 00000 п. 0000295532 00000 н. 0000331083 00000 н. 0000331124 00000 н. 0000366680 00000 н. 0000366721 00000 н. 0000402274 00000 н. 0000402315 00000 н. 0000437859 00000 н. 0000437900 00000 н. 0000473447 00000 н. 0000473488 00000 н. 0000477659 00000 н. 0000477700 00000 н. 0000513243 00000 н. 0000513284 00000 н. 0000548828 00000 н. 0000548869 00000 н. 0000584424 00000 н. 0000584465 00000 н. 0000620008 00000 н. 0000620049 00000 н. 0000655599 00000 н. 0000655640 00000 н. 00006

00000 н. 00006

00000 п. 0000727324 00000 н. 0000727365 00000 н. 0000762917 00000 н. 0000762958 00000 н. 0000779751 00000 н. 0000796544 00000 н. 0000801691 00000 н. 0000838982 00000 п. 0000860480 00000 н. 0000881978 00000 н. 0000894609 00000 н. 0001029469 00000 п. 0001032264 00000 п. 0001096228 00000 п. 0001107410 00000 п. 0001118592 00000 п. 0001123070 00000 п. 0000002600 00000 н. 0000002081 00000 н. трейлер ] / Назад 1341746 / XRefStm 2600 >> startxref 0 %% EOF 2124 0 объект > поток hb```b`c`g`} ʀ

Консультации - Инженер по спецификациям | Удовлетворение требований к электрической инфраструктуре в центрах обработки данных

Кристофер М.Джонстон, ЧП, Syska Hennessy Group, Атланта 16 мая 2013 г.

Цели обучения

  • Узнайте о современных требованиях центров обработки данных и способах их удовлетворения.
  • Знать требования к основному оборудованию и его установке.
  • Разберитесь, как правильно подобрать проводку для различных напряжений.

Чтобы описать центр обработки данных с помощью аналогии, центр обработки данных - это матка без вида - для компьютеров. Центр обработки данных, спроектированный так, чтобы сделать сложное оборудование комфортным, требует прочной и высоконадежной электрической инфраструктуры, которая намного превосходит аналогичные объекты коммерческих и промышленных объектов.

Эти различия в инфраструктуре с высокой степенью надежности достигаются за счет обеспечения уникальной эффективности эксплуатации, правильного выбора и установки электрического оборудования, а также определения правильной проводки и методов проектирования с соответствующими напряжениями при соблюдении требований ремонтопригодности для планового обслуживания.

Первым шагом в этом процессе является определение основных требований к электрической системе / целей центра обработки данных. Типичные для высоконадежной установки:

1.Избыточные компоненты и системы равносильны тому, что человек выходит из дома утром в слишком больших штанах, поэтому он берет ремень и пару подтяжек. Если ремень порвется, подтяжки будут удерживать брюки, и наоборот. В любом случае, он прикрыт.

2. Возможность одновременного обслуживания означает обеспечение того, чтобы каждый компонент и система (как питание, так и охлаждение), поставляющие компьютеры, могли быть выведены из эксплуатации для замены, ремонта или обслуживания без выключения компьютеров.

3. Отказоустойчивость, отличная от возможности одновременного обслуживания, означает, что когда какой-либо компонент или система выходит из строя или выходит из строя, системы автоматически перенастраиваются, чтобы компьютеры не выключались. Отказоустойчивость - это автоматический процесс; одновременная ремонтопригодность - это ручной процесс. Частью отказоустойчивости является разделение на отсеки, чтобы пожар или взрыв в одной области не приводили к полной потере питания, охлаждения или того и другого для компьютеров.

4. Полный резервный источник питания достигается с помощью генераторной установки, которая настроена на обеспечение энергией, когда энергокомпания недоступна.

5. Селективная координация по максимальному току автоматических выключателей и / или предохранителей достигается таким образом, что во время короткого замыкания отключается только минимальное количество системы. В идеале система отключает только автоматические выключатели, питающие отдельную часть вышедшего из строя оборудования, и ничего больше перед ней.

6. Модульная масштабируемая конструкция позволяет центру обработки данных расширяться в будущем без чрезмерного увеличения мощности в первый же день. Это имеет решающее значение по двум причинам: во-первых, все следят за своими кошельками, поэтому, если в конечном итоге потребуется 10 МВт компьютеров, но в первый день потребуется только 5 МВт, общая стоимость владения (TCO) может быть минимизирована путем создания модульного , масштабируемая оболочка на 10 МВт, но только 5 МВт внутренней инфраструктуры на первый день.Во-вторых, модульный масштабируемый центр обработки данных проще в обслуживании. Дата-центры с избытком неиспользуемых мощностей - головная боль при обслуживании. Тщательное рассмотрение окончательной конфигурации объекта и этапов расширения необходимо, чтобы минимизировать риск и исключить необходимость отключения компьютерного оборудования во время расширения.

7. Подземные цепи используются в центрах обработки данных по двум причинам: подрядчики считают, что их установка менее затратна, и они обеспечивают физическую безопасность и разделение кабельной системы центра обработки данных.Однако важно отметить, что они требуют специальных расчетов на этапе проектирования. Расчеты Neher-McGrath, содержащиеся в Национальных электротехнических правилах (NEC) 310.15.C и ПРИЛОЖЕНИИ B, должны использоваться для проектирования всех подземных цепей. Эти расчеты часто приводят к тому, что количество и размер проводов, проложенных под землей, значительно больше, чем требовалось бы над землей. Таким образом, ожидаемая экономия по сравнению с воздушными цепями часто оказывается ложной надеждой.

8. Акцент на операционной эффективности (снижение эксплуатационных расходов или OPEX) и минимизация совокупной стоимости владения могут быть достигнуты за счет снижения эффективности использования энергии (PUE).

Каждое из этих требований / целей имеет решающее значение, потому что, в отличие от типичного коммерческого или промышленного объекта, нагрузка на центр обработки данных является постоянной, с повышенными температурами окружающей среды во многих областях. Например, задние секции шкафов данных могут иметь температуру от 104 до 113 F, где установлена ​​разветвленная проводка, в то время как горячие коридоры могут достигать тех же 104-113 F, где разветвленная проводка проходит перед шкафами. Эти повышенные температуры являются результатом более высокой температуры приточного воздуха к компьютерному оборудованию как стратегии снижения PUE.Помещения с электрооборудованием (кроме помещений с аккумуляторными батареями) могут работать при температуре до 104 F для снижения PUE. Экстремальные температуры центра обработки данных делают его конструкцию для высоких рабочих температур в дополнение к требованиям кодов, которые гораздо более важны, чем проект типичного коммерческого или промышленного объекта.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Помимо уникальных требований к базовой конструкции, опытные проектировщики центров обработки данных также должны учитывать обслуживание оборудования во время проектирования, поскольку простота обслуживания будет иметь решающее значение для обеспечения непрерывной и надежной работы центра обработки данных.Поскольку для поддержания критической среды требуется большой объем обслуживания, одновременное обслуживание, маркировка дугового разряда и сокращение среднего времени ремонта (MTTR) - все это играет роль в поддержании электрических операций центра обработки данных.

Проектирование электрических систем центра обработки данных для обеспечения одновременной ремонтопригодности означает создание схемы, в которой любой элемент оборудования или системы, питающие компьютеры, можно отключить для целей обслуживания, пока нагрузка продолжает работать.

Иногда проводится техническое обслуживание части оборудования, находящегося под напряжением (горячие работы). Хотя высоконадежный центр обработки данных рассчитан на одновременное обслуживание, некоторые операторы выбирают горячие работы, чтобы сократить время обслуживания. Несмотря на то, что существует множество процедур безопасности для этого типа обслуживания, лучший способ понять риски, связанные с каждым элементом оборудования центра обработки данных, - это понять его маркировку дугового разряда. Этот ярлык отражает опасность возникновения дуги, рассчитанную для каждой единицы оборудования, и указывает уровень использования средств индивидуальной защиты (СИЗ) и расстояния, необходимые для безопасного обслуживания.Важно понимать, что некоторые виды обслуживания мелких деталей в ограниченных местах нельзя выполнять с СИЗ 3 и 4 уровня NFPA 70E.

Сведение к минимуму времени, затрачиваемого на ремонт критически важного электрического оборудования центра обработки данных и возвращение его в эксплуатацию для удовлетворения потребностей нагрузки (MTTR), также важно при предварительном расчете технического обслуживания центра обработки данных и при выборе оборудования. Правильная спецификация может снизить MTTR. Например, выкатной автоматический выключатель низкого напряжения на 4000 А может быть извлечен и заменен со склада за 15 минут, в то время как замена аналогичного стационарного автоматического выключателя может занять час или больше.

Подбор электрооборудования

Теперь, когда требования к базовому проектированию и техническому обслуживанию выполнены, выбор электрического оборудования центра обработки данных будет в центре внимания. Автоматические выключатели используются исключительно в центрах обработки данных (за исключением периодического использования предохранителей среднего напряжения с распределительным устройством электросети за пределами здания) из-за их способности сокращать время восстановления после сбоя и облегчения одновременного обслуживания, а также относительной простоты достижения избирательной координации перегрузки по току.

Автоматические выключатели

могут быть установлены одним из двух способов: стационарным, когда выключатель привинчивается к шине, или выкатным, когда он подсоединяется к шине с помощью пальцевого механизма, который позволяет легко повернуть кривошип или рычаг и вынуть автоматический выключатель. Выкатной автоматический выключатель может фактически снизить время наработки на отказ и способствовать одновременной ремонтопригодности, в то время как все распределительные устройства с плавкими предохранителями устанавливаются стационарно и, следовательно, требуют больше времени для замены, чем выкатной автоматический выключатель.

Распределительное устройство UL 1558 часто указывается вместо распределительных устройств UL 891 в центрах обработки данных. Коммутатор рассчитан на ток короткого замыкания не более трех циклов, что эквивалентно 0,05 с или немногим более 50 миллисекунд. С другой стороны, распределительное устройство рассчитано на ток короткого замыкания в течение 30 циклов или 0,5 с. Распределительное устройство, будучи более прочным и надежным, также имеет более высокую цену и часто требует большего пространства. Выбор распределительных щитов или распределительного устройства становится критическим при выполнении выборочной координации максимального тока.

Используется два метода: зональная селективная блокировка и разделение кратковременных срабатываний выключателя. Независимо от техники выключатель распределительного устройства или распределительного щита, устраняющий неисправность, может быть запрограммирован на ожидание до 0,4 с перед отключением; это называется кратковременной задержкой. Общие настройки: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 и 0,5 с; Распределительное устройство UL 1558 должно быть указано вместо распределительных устройств UL 891, если автоматический выключатель на входе имеет кратковременное отключение, но не имеет мгновенного отключения

Мощность автоматических выключателей может быть снижена, если расчетное значение X / R при неисправности необычно велико.(Это еще один способ заявить, что расчетный коэффициент мощности при КЗ необычно низок.) Автоматические выключатели в литом корпусе рассчитаны на различные максимальные значения X / R, в зависимости от их отключающей способности (IR): 1,73 X / R для 10 тысяч ампер. отключающая способность (KAIC) IR, 3,18 X / R для 10–20 KAIC и 4,9 X / R для более чем 20 KAIC. Автоматические выключатели с изолированным корпусом рассчитаны на 6.59 X / R. Силовые выключатели рассчитаны на 6.59 X / R, если они не предохранены, и только на 4.9 X / R, если они предохранены. Снижение номинальных характеристик может быть значительным - если применяется силовой выключатель с предохранителями номиналом 200 KAIC, где X / R равно 19.9, рейтинг прерывания 200 KAIC должен быть понижен на 17% до 166 KAIC.

Такие ситуации с высоким X / R обычно возникают в центрах обработки данных, когда резервная электростанция подключена параллельно к электросети для переключения нагрузки при закрытом переходе. Это ситуация, когда доступный ток повреждения и X / R максимальны; Для резервного генератора нет ничего необычного в X / R равном 32. В идеале инженер-проектировщик должен провести анализ электрической системы, чтобы определить, какой максимальный ток повреждения и X / R доступны на каждом выключателе, чтобы гарантировать, что выключатель может безопасно отключить нагрузку в соответствии с конструкцией.Этот анализ также должен включать рассмотрение ожидаемых настроек расцепителя автоматического выключателя. Если автоматический выключатель является частью схемы селективной координации максимального тока, как и должны быть центры обработки данных, выключатель без мгновенного отключения должен иметь возможность проводить доступный ток повреждения до тех пор, пока его кратковременное отключение не истечет, и он не устранит повреждение. В этой ситуации автоматический выключатель должен применяться с номинальной стойкостью, которая обычно ниже, чем его номинальная мощность отключения. Как только этот анализ будет завершен, рейтинг X / R - и, следовательно, отключающие и выдерживающие характеристики - автоматического выключателя, необходимого в этом месте, может быть правильно указан.

Поскольку нагрузка центра обработки данных является как критической, так и постоянной, все автоматические выключатели, питающие критическую нагрузку, должны иметь 100% номинал, поскольку использование автоматических выключателей с номиналом 80% излишне увеличивает затраты на прокладку кабелей. Например, если в центре обработки данных имеется постоянная нагрузка на 400 А, будет достаточно автоматического выключателя на 500 А при 80% мощности; однако после автоматического выключателя должна быть подведена проводка на 500 А, что на 25% дороже, чем то, что действительно необходимо для выключателя на 100%.Будучи более дорогостоящим, автоматический выключатель на 100% снижает совокупную стоимость владения и затраты на проектирование.

Концевые заделки шины и выключателя

обычно проектируются так, чтобы проводники могли работать при температуре 90 ° C во время технического обслуживания и в аварийных условиях. В то время как кусок провода для коммерческого использования может быть рассчитан на работу при пиковом состоянии 75 ° C, центры обработки данных требуют более высокого номинального тока и температуры проводника для обеспечения большей мощности при необходимости. Часто эти потребности возникают во время аварийной ситуации или технического обслуживания.

Рекомендуется, чтобы все автоматические выключатели, несущие критическую нагрузку (ИТ, сеть и оборудование непрерывного охлаждения), проходили испытания на соответствие стандарту ANSI / NETA спецификациям приемочных испытаний для электроэнергетического оборудования и систем во время ввода в эксплуатацию. Многие автоматические выключатели не сработают или не сработают, если они не должны сработать, если не будут проверены, а вместо этого будут введены в эксплуатацию. Редко можно найти возможность отключить автоматический выключатель для проверки работоспособности, особенно в критически важных объектах с постоянной нагрузкой, даже если электрические системы обслуживаются одновременно.Инженеры нередко видят, что частота отказов малых выключателей составляет от 6% до 15%. Итак, само собой разумеется, что этот шаг очень важен.

Виды и способы подключения

Базовый проект электрической инфраструктуры и выбор оборудования подкреплены соответствующей спецификацией проводки центра обработки данных. От типа выбранной проводки до методов ее установки, напряжений и поддержки - проводка - это буквально вены тела центра обработки данных.

Медь является предпочтительным материалом для проводников благодаря простоте использования, исторически низкому риску и способности работать в тесноте.При этом алюминиевые проводники могут использоваться для больших фидеров, когда необходимо снижение первоначальных затрат, даже несмотря на то, что алюминиевые провода сложнее подключать к автоматическим выключателям или шине, поскольку алюминий расширяется и сжимается сильнее, чем медь, при изменении нагрузки. Для более крупных алюминиевых проводников часто требуется больше места в распределительных устройствах, распределительных щитах и ​​щитах. Алюминиевые соединения также требуют дополнительных испытаний и обслуживания. Лучшая практика с алюминиевыми проводниками - это ежегодно термосканирование стыков и заделок в условиях пиковых нагрузок.Затяжка нестандартных соединений и соединений обычно выполняется в то время, когда риск выхода из строя критической нагрузки сведен к минимуму.

В центрах обработки данных используются самые разные способы подключения. Центры обработки данных в основном заполнены воздушными и подземными проводниками в каналах и каналах, а также используются шинные каналы, кабельные лотки и кабельные шины.

Электротехнические подрядчики предпочитают подземные проводники, потому что они считают, что затраты на установку будут снижены за счет автоматической экономии 5 футов пробега на обоих концах и устранения затрат на подвешивание.Они предполагают, что под землей проложено такое же количество и размер проводов, что и над землей. Правильный дизайн с использованием расчетов Neher-McGrath часто требует большего количества и размеров проводов, которые должны быть проложены под землей, чем надземные, что снижает или устраняет это воспринимаемое преимущество. Подземные проводники должны быть большего размера, чтобы противостоять дополнительной изоляции, естественным образом обеспечиваемой землей. Однако с помощью воздушных проводов легче избавиться от естественного тепла.

Кроме того, масштабируемая модульная конструкция центра обработки данных может затруднить надлежащую установку подземных каналов для будущего оборудования, поскольку нет 100% точного способа узнать, где должны выходить каналы для будущего строительства.

Необходимо соблюдать осторожность при выборе размеров проводов, соответствующих повышенным температурам окружающей среды в стойках с компьютерным оборудованием, в горячих коридорах информационных залов и в помещениях с электрооборудованием. Таблица 310.15 (B) (16) NEC предполагает, что температура окружающей среды составляет 86 F. Однако, если температура окружающей среды выше 86 F, проводник не будет постоянно пропускать ток нагрузки, для которого он рассчитан на 86 F, и должен быть сниженными для фактической температуры окружающей среды.

Хотя шинные каналы иногда используются в электрической инфраструктуре центра обработки данных, они сталкиваются с проблемами как надежности, так и ремонтопригодности из-за наличия в шинных каналах множества соединений.Соединения шинопровода обычно находятся через каждые 10 футов в прямых участках, поэтому на каждые 100 футов прямого участка может быть до 11 соединений (помните, что фитинги, колена и т. Д. Добавляют дополнительные соединения). Это может сделать шинопроводы более уязвимыми к сбоям и затруднить обслуживание. Кроме того, шинопроводы - это изделия, собранные на заводе с учетом полевых измерений. Если какие-либо измерения ошибочны или кусок шинопровода не подходит, его нельзя изменить на месте. Новое изделие необходимо заказывать на заводе, часто с большим ожиданием.

Кабельные лотки, обычно используемые надземные, напоминают лестницу, свисающую с потолка, и используются в электрическом проекте центра обработки данных для их надежной, гибкой и недорогой установки. Одножильные и многожильные кабели могут быть проложены в кабельном лотке, а бронированные кабели часто используются для обеспечения повышенной отказоустойчивости. Кабельный лоток можно легко изменить в полевых условиях в соответствии с условиями, поэтому точное измерение не так важно, как для шинного канала. Важно понимать, что каждый кабель в кабельном лотке может быть потерян, если только один из них выйдет из строя и сгорит, если все кабели не бронированы.Еще одним важным моментом является то, что штабелирование кабельных лотков один над другим может привести к каскадным отказам. Если кабель неисправен в нижнем лотке, это может вызвать пожар, в результате которого сгорят все кабели в этом лотке, а также в перечисленных выше.

Кабельная шина - альтернатива шинному каналу, имеющая множество преимуществ. Собранный в виде кабельного лотка с проложенными в нем большими одножильными силовыми кабелями, включая распорные блоки между кабелями, он может быть легко модифицирован в полевых условиях для соответствия полевым условиям. В отличие от шинных каналов, кабельные шины обычно имеют только два вывода (по одному на каждом конце с твердым кабелем между ними) и без стыков, что делает их более надежными.Уменьшение количества заделок и соединений также снижает необходимость в обслуживании.

Напряжение и установка

В современных центрах обработки данных используются как низкие, так и средние напряжения. Правильный выбор напряжения выходит за рамки данной статьи. Выбор подходящих типов изоляции важен для обеспечения желаемой надежности. Низковольтная (600 В или ниже) изоляция на проводниках обычно рассчитана на 94 F с изоляцией проводов с термопластичным высокотемпературным нейлоновым покрытием (THHN) типа NEC, используемой над головой в сухих местах, и резиной типа NEC с высокой термостойкостью (RHHW-2) или XLP-2 (сшитый полиэтилен) во влажных, влажных или подземных помещениях.Кабели среднего напряжения (1000 В или более) обычно экранированы, с изоляцией из этиленпропиленового каучука (EPR) или XLP с номиналом 194 F или 221 F и с выбранными уровнями изоляции 100%, 133% или 173% в зависимости от системы. заземление нейтрали.

Если нейтраль системы надежно заземлена, то обычно указывается уровень изоляции 100%. Если нейтраль системы заземлена по сопротивлению и может работать до часа с заземленной фазой, то обычно указывается уровень изоляции 133%.Если нейтраль системы заземлена по сопротивлению и может работать более одного часа с заземленной фазой, то обычно указывается уровень изоляции 173%. (Высокое напряжение составляет 69 000 В или выше, что обычно не используется в центрах обработки данных и обычно предназначено для установки вне помещений для коммунальных служб.)

Центрам обработки данных

требуется очень прочная и надежная электрическая инфраструктура, которая намного превосходит инфраструктуру коммерческих и промышленных объектов. Кроме того, повышенные температуры встречаются во многих областях, поскольку операторы пытаются увеличить PUE и операционную эффективность.Обеспечение этой эксплуатационной эффективности требует надлежащей спецификации оборудования и проводки, а также реализации методов проектирования с соответствующими напряжениями и системами. Необходимы скоординированные усилия, чтобы обеспечить долговечность электрической инфраструктуры центра обработки данных.


Кристофер М. Джонстон - старший вице-президент и главный инженер группы критических объектов Syska Hennessy Group. Джонстон специализируется на планировании, проектировании, строительстве, тестировании и вводе в эксплуатацию критически важных объектов 7 × 24, а также руководит коллективными исследованиями и разработками для решения текущих и надвигающихся технических проблем на критических и сверхкритических объектах.Обладая более чем 40-летним инженерным опытом, он работал инспектором по обеспечению качества и инженером-надзирателем во многих проектах.

Информационный документ

Data Center Power and Cooling

Содержание

Температурные аспекты центра обработки данных. 3

Указания по температуре и влажности в центре обработки данных. 3

Лучшие практики. 4

Схема горячего и холодного коридора 5

Заполнение стойки. 6

Решения по локализации.6

Кабельный органайзер 7

Взаимосвязь между теплом и энергией 8

Экономия энергии на предприятиях Cisco. 8

Решения Cisco для стоек. 8

Варианты и описание стоек Cisco. 9

Решения для развертывания в несколько стоек. 9

Рекомендации по электропитанию центра обработки данных. 9

Обзор .. 10

Энергетическое планирование. 10

Соберите требования к питанию ИТ-оборудования. 10

Собрать параметры мощности и охлаждения объекта.14

Разработайте решение PDU. 15

Блок распределения питания (PDU) серии Cisco RP 15

Базовые блоки PDU серии Cisco RP. 15

PDU Cisco серии RP с измеряемым входом. 16

Типы входных разъемов PDU серии Cisco RP. 16

Для получения дополнительной информации. 17

Приложение: Примеры дизайнов. 18

Пример 1: Среднее развертывание (стойка и блейд-сервер) 18

Пример 2: Большое развертывание (блейд-сервер) 19


Температурные характеристики центра обработки данных

Охлаждение - основной фактор затрат в центрах обработки данных.Если охлаждение реализовано плохо, мощность, необходимая для охлаждения центра обработки данных, может соответствовать или превышать мощность, используемую для работы самого ИТ-оборудования. Охлаждение также часто является ограничивающим фактором для производительности центра обработки данных (отвод тепла может быть более серьезной проблемой, чем подача питания на оборудование).

Требования к температуре и влажности в центре обработки данных

Технический комитет 9.9 Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) создал широко принятый набор руководящих принципов для оптимальных заданных значений температуры и влажности в центре обработки данных.В этих рекомендациях указываются как требуемый, так и допустимый диапазон температуры и влажности. Рекомендации ASHRAE 2015 по тепловому режиму представлены в Рекомендациях и передовых практиках ASHRAE по тепловому оборудованию для силового оборудования центров обработки данных 2016. Рисунок 1 иллюстрирует эти рекомендации.

Рис. 1. Пределы температуры и влажности для ASHRAE и NEBS

Хотя рекомендации ASHRAE определяют несколько классов с разными рабочими диапазонами, рекомендуемые рабочие диапазоны одинаковы для каждого класса.Рекомендуемые температура и влажность указаны в таблице 1.

Таблица 1. ASHRAE Class A1 - A4 Рекомендуемый диапазон температуры и относительной влажности

Имущество

Рекомендуемое значение

Нижний предел температуры

64,4 ° F [18 ° C]

Верхний предел температуры

80.6 ° F [27 ° C]

Нижний предел влажности

Относительная влажность 40% и точка росы 41,9 ° F (5,5 ° C)

Верхний предел влажности

Относительная влажность 60% и точка росы 59 ° F (15 ° C)

Эти температуры описывают температуру воздуха на входе в ИТ-оборудование. Однако в центре обработки данных есть несколько мест, где можно измерять и контролировать среду, как показано на рисунке 2.Эти точки включают:

● Серверный вход (точка 1)

● Вытяжка сервера (точка 2)

● Температура подачи напольной плитки (точка 3)

● Температура возвратного воздуха блока отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) (точка 4)

● Температура подачи кондиционера компьютерного зала (точка 5)

Рис. 2. Пример диаграммы воздушного потока в центре обработки данных

Как правило, блоки HVAC центра обработки данных регулируются в зависимости от температуры возвратного воздуха.Установка температуры возвратного воздуха блока HVAC в соответствии с требованиями ASHRAE приведет к очень низким температурам на входе в сервер, поскольку температуры возврата HVAC ближе к температурам выхлопных газов сервера, чем температуры на входе.

Чем ниже температура подаваемого воздуха в ЦОД, тем больше затраты на охлаждение. По сути, система кондиционирования в дата-центре - это холодильная установка. Система охлаждения отводит тепло, генерируемое в прохладном центре обработки данных, во внешнюю среду.Требования к мощности для охлаждения центра обработки данных зависят от количества отводимого тепла (количества ИТ-оборудования в центре обработки данных) и разницы температур между центром обработки данных и наружным воздухом.

Расположение стоек на фальшполе центра обработки данных также может существенно повлиять на затраты на электроэнергию и мощность, связанные с охлаждением, как показано в следующем разделе.

Лучшие Лрактики

Хотя этот документ не является полным руководством по проектированию центра обработки данных, в нем представлены некоторые основные принципы и передовые методы управления воздушным потоком центра обработки данных.

Схема горячего и холодного коридора

Схема расположения горячих и холодных коридоров в центре обработки данных стала стандартной (рис. 3). Расположение стоек в ряды с горячим и холодным коридорами сводит к минимуму перемешивание воздуха в центре обработки данных. Если теплый воздух может смешиваться с приточным воздухом сервера, воздух, подаваемый системой кондиционирования, должен иметь еще более холодную температуру для компенсации. Как описано ранее, более низкие температуры приточного воздуха вызывают повышенное потребление энергии охладителем и ограничивают эффективность охлаждения центра обработки данных, создавая горячие точки.

Рис. 3. Схема с горячим и холодным коридорами

Напротив, отказ от разделенных горячих и холодных коридоров приводит к смешиванию воздуха на входе в сервер. Воздух должен подаваться от напольной плитки при более низкой температуре, чтобы соответствовать требованиям к входному отверстию сервера, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Смешивание воздуха на входе в сервер

Заполнение стойки

Стойки должны быть заполнены самым тяжелым и энергоемким оборудованием внизу.Размещение тяжелого оборудования внизу помогает снизить центр масс стойки и снижает риск опрокидывания. Оборудование с высокой энергоемкостью также имеет тенденцию всасывать больше воздуха. В типичном центре обработки данных, в котором воздух подается через перфорированную плитку пола, размещение энергоемкого оборудования рядом с нижней частью стойки дает этому оборудованию лучший доступ к самому холодному воздуху.

Незанятое пространство в стойке также может стать причиной попадания горячего воздуха обратно в холодный коридор. Панели-заглушки - это простая мера, которую можно использовать для предотвращения этой проблемы, как показано на Рисунке 5.

Рисунок 5. Использование заглушек для предотвращения короткого замыкания и обхода воздушного потока

Таким образом, заполняйте стойки снизу вверх и заполняйте любые промежутки между оборудованием или в верхней части стойки заглушками.

Решения для сдерживания

Эффективным продолжением концепции горячего и холодного коридора является сдерживание воздушного потока. На рисунке 6 изображена изоляция горячего коридора. Герметизация обеспечивает полное разделение потоков горячего и холодного воздуха, что позволяет снизить потребление энергии в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха за счет повышения температуры выходящего холодного воздуха.Поскольку смешивание воздуха не происходит, нет необходимости устанавливать более низкую температуру воздуха для компенсации. Такой подход увеличивает температуру воздуха, возвращающегося в систему HVAC, что повышает эффективность системы HVAC.

Для локализации горячего коридора следует проявлять осторожность, чтобы не создавать давления в горячем коридоре. Системы IT спроектированы таким образом, чтобы иметь почти нулевую разницу давлений между воздухозаборником и выхлопом. Противодавление в горячем коридоре может привести к усилению работы вентиляторов в системе.

Рис. 6. Пример сдерживания воздушного потока в горячем коридоре

Кабельный органайзер

В максимально возможной степени необходимо удалить препятствия для воздушного потока из впускных и выпускных отверстий оборудования, установленного в шасси. Отсутствие достаточного воздушного потока может привести к увеличению потребления энергии вентиляторами оборудования для компенсации повышенного сопротивления воздушного потока. Если установлена ​​дверца стойки, она должна быть перфорированной и открываться не менее чем на 65 процентов.Прочные двери из стекла или любого другого материала неизбежно приводят к проблемам с воздушным потоком, и их следует избегать. Пожалуйста, обратитесь к руководству по установке оборудования, чтобы узнать о конкретных требованиях к оборудованию.

Правильная организация кабелей имеет решающее значение для уменьшения блокировки воздушного потока. Cisco UCS значительно сокращает количество необходимых кабелей. Тем не менее, по-прежнему важно правильно натянуть кабели, чтобы обеспечить наилучший воздушный поток (Рисунок 7).

Рисунок 7. Cisco UCS Power и сетевые кабели

Связь между теплом и мощностью

Вся мощность, потребляемая ИТ-оборудованием, преобразуется в тепло.Хотя мощность обычно указывается в ваттах (Вт), а тепло - в британских тепловых единицах (БТЕ) ​​в час (БТЕ / час), эти единицы фактически взаимозаменяемы. Хотя мощность почти всегда указывается в ваттах, тепловая нагрузка обычно указывается в ваттах или БТЕ / час. Преобразование из ватт в БТЕ / ч составляет 1 Вт = 3,412 БТЕ / ч. Так, например, сервер, потребляющий 100 Вт, вырабатывает примерно 341,2 БТЕ / ч тепловой энергии.

Экономия энергии на предприятиях Cisco

Чтобы тщательно изучить влияние передовых методов повышения энергоэффективности, Cisco провела исследование эффективности центров обработки данных в исследовательских и опытно-конструкторских лабораториях Cisco.В рамках этого исследования были применены следующие передовые практики:

● По возможности отключено резервное питание

● Использованы программы энергосбережения

● Использовано моделирование вычислительной гидродинамики (CFD)

● Применена виртуализация

● Использованы заглушки

● Переставлены решетки пола

● Температура охлажденной воды была повышена с 7 ° C до 9 ° C (44 ° F до 48 ° F)

Это исследование продемонстрировало значительные улучшения в эффективности питания и охлаждения центра обработки данных.Несмотря на то, что увеличение количества установок оборудования привело к небольшому увеличению нагрузки на ИТ (с 1719 до 1761 киловатт [кВт]), накладные расходы на охлаждение центра обработки данных снизились (с 801 до 697 кВт). Общая эффективность использования энергии (PUE) снизилась с 1,48 до 1,36. Окупаемость проверки концепции составила от 6 до 12 месяцев. Идеи этого пилотного проекта применяются на всех предприятиях Cisco и, по прогнозам, позволят сэкономить 2 миллиона долларов США в год.

Решения Cisco для стоек

Стойка Cisco R42612 - это стойка промышленного стандарта EIA-310-D, оптимизированная для Cisco UCS.Он поддерживает все блейд-серверы, стоечные серверы и серверы хранения Cisco UCS. Стандартные стойки и стойки расширения доступны для развертывания в одну или несколько стоек.

Стойка Cisco R42612 обеспечивает высочайший уровень надежности, структурной целостности и безопасности для критически важных сред. Конструкция 19-дюймовой стойки 42RU обеспечивает функции питания, охлаждения и организации кабелей, а также прочность и стабильность, необходимые для современных стоечных корпусов. См. Технические характеристики в таблице 2.

Характеристики стойки Cisco R42612 включают следующее:

● Передняя и задняя дверцы перфорированы для максимального потока воздуха.Замки включены для дополнительной безопасности. Двери также снимаются без инструментов для удобного обслуживания. Раздельные задние двери минимизируют необходимый зазор в задней части стойки, а регулируемая передняя дверь может поворачиваться справа налево или слева направо.

● Легкие, состоящие из двух частей боковые панели легко устанавливать и снимать, а замки обеспечивают дополнительную безопасность.

● Вентилируемый верхний кожух имеет прорези для доступа к кабелю и большое отверстие для доступа к кабелю со щеточной вставкой, которая помогает обеспечить надлежащий воздушный поток.

● Встроенные лотки PDU позволяют устанавливать блоки PDU серии 0RU Cisco RP без инструментов.

● Кронштейны переднего и заднего стабилизаторов входят в комплект стоек.

● Доступен соединительный комплект для соединения соседних стоек расширения в ряду.

● Ролики обеспечивают мобильность при необходимости.

● Маркировка RU на всех направляющих стойки упрощает установку оборудования.

Опции и описание стойки Cisco

Оптимизация воздушного потока через стойку Cisco включает устранение обходного потока воздуха и обеспечение правильной прокладки кабелей.У стоечного решения Cisco есть варианты, которые могут вам помочь. Следует соблюдать осторожность, чтобы исключить смешивание горячего и холодного воздуха. Точно так же следует использовать правильную организацию кабелей для уменьшения сопротивления воздушного потока.

Таблица 2. Спецификация стойки Cisco R42612

Cisco R42612 Стойка

Стандартный

Расширение

Размеры (В x Ш x Г)

79.25 x 23,50 x 49,84 дюйма

(2013 x 597 x 1266 мм)

79,25 x 23,50 x 49,84 дюйма

(2013 x 597 x 1266 мм)

Размеры (В x Ш x Г) с упаковкой

84,25 x 32 x 54,84 дюйма

(2140 x 813 x 1393 мм)

84,25 x 32 x 54,84 дюйма

(2140 x 813 x 1393 мм)

Расстояние от передней монтажной рейки до задней монтажной рейки

29.19 дюймов

(741,5 мм)

29,19 дюйма

(741,5 мм)

Масса

339,51 л

(154 кг)

264,55 фунта

(120 кг)

Вес с упаковкой

339,51 л

(154 кг)

264,55 фунта

(120 кг)

Боковые панели включены

Есть

Монтажная мощность оборудования

42РУ

42РУ

Допустимая статическая нагрузка

2100 фунтов (954 кг)

2100 фунтов (954 кг)

Допустимая статическая нагрузка

2700 фунтов

(1224.7 кг)

2700 фунтов

(1224,7 кг)

Многостоечные решения для развертывания

Доступен дополнительный комплект для соединения стоек, который позволяет соединить две или более стойки вместе. В комплект входит все необходимое оборудование. Двери не нужно снимать, чтобы соединить стойки вместе. Когда стойки соединены вместе, боковые стабилизаторы не нужны.

Перед соединением стоек убедитесь, что пол может выдержать вес всего оборудования и самих стоек.

Дополнительные сведения см. В Руководстве по установке PDU с измеряемым входом Cisco R42612 в стойку и серии RP.

Рекомендации по электропитанию центра обработки данных

Поставка электроэнергии на уровне объекта требует тщательного планирования. Тщательное планирование электропитания требует понимания требований к потребляемой мощности и избыточности серверов. Плохое планирование резервирования может привести к каскадным сбоям и простоям.

Обзор

Правильное развертывание решений по электропитанию в центре обработки данных предполагает соответствие требований ИТ-оборудования возможностям PDU и объекта.Хорошее планирование питания включает следующие шаги:

Шаг 1. Соберите требования к питанию ИТ-оборудования.

● Резервирование питания

● Количество необходимых розеток питания (количество силовых соединений между серверным БП и БРП)

● Мощность

Шаг 2. Собрать параметры мощности и охлаждения объекта. Этот шаг включает в себя сбор базовой информации о центре обработки данных:

● Входное напряжение

● Одно- или трехфазное питание

● Доступные заглушки

● Доступное охлаждение

Шаг 3.Разработайте решение PDU. PDU - это то, что соединяет ИТ-оборудование и источник питания в центре обработки данных. После определения параметров объекта и параметров ИТ-оборудования можно разработать решение PDU. На этом этапе необходимо убедиться, что требования к ИТ-оборудованию соответствуют возможностям объекта. Это также включает проверку того, что решение обеспечивает надлежащую избыточность.

Энергетическое планирование

Описанный здесь процесс предполагает, что вы сначала решаете, сколько серверов установить в стойку, а затем проектируете объект вокруг стойки.Однако часто при разработке ИТ-решения требования к оборудованию. В этом случае может потребоваться итеративное выполнение процесса. Например, если потребности в ИТ-оборудовании не могут быть удовлетворены с учетом возможностей предприятия, количество оборудования, развернутого на стойку, может потребоваться уменьшить.

Сбор требований к питанию ИТ-оборудования

Шаг 1. Резервирование питания

Первым шагом в определении размера решения PDU является решение, какой тип резервирования требуется конечному пользователю.Очевидно, что истинное резервирование сети переменного тока предъявляет требования к самому объекту, поскольку для этого требуются отдельные и независимые источники питания переменного тока, которые должны подаваться на стойки в центре обработки данных. Однако уровни резервирования также определяют количество источников питания, установленных в самом оборудовании, и, следовательно, количество требуемых вилок питания.

При определении количества необходимых PDU и розеток будет полезна некоторая базовая терминология:

● Неизбыточное питание (N): запитываемое устройство получает питание от одного источника переменного тока и оборудовано минимальным количеством источников питания.Время простоя может быть вызвано отключением источника питания или электроснабжения.

● Резервирование N + 1 (N + 1): запитываемое устройство получает питание от одного источника переменного тока, но оборудовано как минимум одним резервным источником питания. Потеря сетевого питания приводит к простою, но устройство может выдержать потерю хотя бы одного источника питания.

● Резервирование сети (2N): запитываемое устройство оснащено вдвое большим количеством источников питания. Чтобы поддерживать истинное резервирование сети, половина блоков питания должна получать питание от одного источника переменного тока, а другая половина должна быть подключена к отдельному независимому источнику питания переменного тока.Резервирование 2N позволяет системе выдерживать потерю любого источника питания или одного источника питания переменного тока.

Как правило, для полного резервирования сети 2N требуется вдвое больше блоков PDU, необходимых для развертывания энергоснабжения в одной сети без резервирования источников питания. Чтобы обеспечить истинное резервирование сети, каждый независимый источник питания переменного тока должен иметь достаточную мощность, чтобы выдерживать полную нагрузку. Когда оба источника питания переменного тока подключены к сети, нагрузка может распределяться между источниками входного сигнала. Распределение нагрузки установленных устройств приведет к тому, что каждый канал будет иметь небольшую нагрузку.Однако, если один из источников питания выходит из строя, результатом является мгновенный всплеск мощности на оставшемся источнике. Если каждый источник питания не рассчитан на полную ожидаемую нагрузку, потеря избыточного источника питания может вызвать перегрузку оставшегося источника питания и привести к простоям из-за каскадных отказов.

Для получения дополнительной информации о том, как подключать блоки питания к PDU для каждого варианта резервирования, см. Раздел «Резервирование источника питания» в Руководстве по установке корпуса сервера Cisco UCS 5108.

Шаг 2. Количество требуемых розеток питания

Как правило, минимальное количество необходимых разъемов питания PDU для решения PDU на уровне стойки зависит от типа ИТ-оборудования и желаемого уровня резервирования мощности. Пожалуйста, обратитесь к руководству по установке оборудования для вашего оборудования, чтобы получить окончательные требования. Для удобства в таблице 3 указано количество и типы подключений к источникам питания, необходимые для выбранного оборудования Cisco UCS и Cisco Nexus.

Таблица 3. Требуемые подключения питания переменного тока

Количество требуемых розеток питания PDU на каждый блок питания переменного тока

Модель

Розетка питания

Без резервов

N + 1 с резервированием

Резервная сеть 1

Серверный корпус Cisco UCS 5108

C19

от 1 до 3 2

от 2 до 3 2

от 2 до 4 2

Стоечные серверы Cisco UCS C220 M3 и M4

C13

1

2

2

Стоечные серверы Cisco UCS C240 ​​M3 и M4

C13

1

2

2

Стоечный сервер Cisco UCS C460 M4

C13

2

3

4

Сервер хранения Cisco UCS S3260

C13

2

3

4

Межкомпонентные соединения Cisco UCS серии 6200

C13

1

2

2

Межкомпонентные соединения Cisco UCS серии 6300

C13

1

2

2

Расширители коммутационной сети Cisco Nexus серии 2000

C13

1

2

2

Коммутаторы Cisco Nexus серии 5000

C13

1

2

2

Коммутаторы Cisco Nexus серии 9000

C13 или Saf-D-Grid 3

1

2

2

Примечание. 1: Для резервирования сети требуются два источника питания и блоки PDU в стойке (см. Шаг 1 в разделе «Планирование электропитания» выше).

Примечание: 2: Обычно для серверного корпуса Cisco UCS требуется как минимум два блока питания для неизбыточной работы. Только небольшие конфигурации (требующие менее 2500 Вт) могут питаться от одного блока питания. Cisco UCS Manager включает минимальное количество блоков питания (PSU), необходимое для поддержки запрошенного бюджета мощности и соблюдения выбранной политики резервирования.

Примечание. Коммутаторы Cisco Nexus серии 9000 предлагают универсальный блок питания, поддерживающий входное напряжение 277 В переменного тока.Для более высокого входного напряжения требуется другой тип входного разъема, Saf-D-Grid.

При выборе кабеля следует учитывать безопасность. Организации часто спрашивают: «Можно ли использовать кабель, который соединяет розетку C13 на PDU с розеткой C20 на оборудовании?» Заманчиво использовать эти кабели, потому что в PDU обычно гораздо больше разъемов C13, чем разъемов C19. Однако, несмотря на то, что эти кабели имеются в продаже, их использование обычно не рекомендуется. Силовые соединения C19 - C20 рассчитаны на более высокий ток, чем соединения C13 - C14.Использование кабеля, идущего от розеток C13 на стороне PDU к розеткам C19 на стороне оборудования, может привести к срабатыванию выключателя, если розетки PDU сработаны, или, что еще хуже, к потенциальной опасности возгорания и безопасности.

Шаг 3. Мощность

Общая нагрузка, которую может выдержать PDU, зависит от номинала входной вилки объекта. Если фактическая нагрузка превышает номинальную мощность на входной вилке в течение достаточного периода времени, входной выключатель сработает, и питание будет отключено для всего, что получает питание от этой вилки.Чтобы разработать решение PDU, которое помогает гарантировать, что питание не прерывается, нагрузка оборудования на PDU должна быть оценена некоторыми способами.

Есть несколько способов оценить мощность развертывания ИТ-оборудования в вашем центре обработки данных. Выбранный подход зависит от цели конечного пользователя. В высшей степени консервативный подход, такой как распределение мощности на основе номеров лицевых панелей, снижает риск, но увеличивает капитальные затраты. По оценкам Uptime Institute, 1 киловатт серверной мощности стоит 25 000 долларов США для центра обработки данных уровня IV или 11 000 долларов США для центра обработки данных уровня 1.

Фактическое энергопотребление сервера зависит от многих факторов. Во-первых, и это наиболее очевидно, мощность сервера сильно зависит от конфигурации. Даже для оборудования с аналогичной конфигурацией энергопотребление может варьироваться от системы к системе. Параметры конфигурации платформы, например параметры BIOS и OSPM, влияют на энергопотребление. Кроме того, запускаемое приложение очень сильно влияет на энергопотребление. Рабочие нагрузки, в которых не используется процессор с плавающей запятой (FPU), потребляют гораздо меньше энергии.Корпоративные приложения редко, если вообще используют FPU, тогда как научные рабочие нагрузки (высокопроизводительные вычисления [HPC]) требуют большого количества FPU. Учитывая всю изменчивость, любое общее значение мощности, которое используется для расчета бюджета мощности, должно быть консервативным.

Следствием избыточного выделения мощности является увеличение стоимости. Следствием недостаточной мощности является повышенный риск простоя. Отдельные компании должны найти подход, который позволит им достичь надлежащего баланса затрат и рисков.

Существует несколько вариантов прогнозирования мощности серверов Cisco UCS, перечисленных здесь. Каждый подход к распределению мощности имеет свои преимущества и недостатки. Если вам неясно, какой из подходов использовать, Cisco предлагает начать с использования метода расчета мощности.

Вариант 1. Распределение мощности лицевой панели. Номинальная мощность лицевой панели сервера - это максимальная номинальная мощность для данной системы. Например, шасси Cisco UCS 5108 имеет до четырех блоков питания на выходе по 2500 Вт, а входная мощность переменного тока составляет 2790 вольт-ампер (ВА) при 200 В переменного тока.Полные спецификации мощности можно найти в Руководстве по подготовке площадки для Cisco UCS и Руководствах по установке и обновлению для Cisco UCS серии C.

● Для обеспечения резервирования 2N требуются все четыре источника. Другими словами, системе предоставляется удвоенная мощность, необходимая для того, чтобы выдержать потерю подачи электроэнергии.

● Таким образом, потребляемая мощность лицевой панели корпуса Cisco UCS 5108 составляет 5580 ВА.

● При питании от лицевой панели PDU Cisco RP208-30M1P-4-8 или RP208-30M1P-6-36 имеет достаточную емкость для поддержки только одного серверного корпуса Cisco UCS.Однако маловероятно, что фактическая мощность шасси Cisco UCS 5108 когда-либо достигнет номера лицевой панели 5580 ВА.

Вариант 2. Калькулятор мощности Cisco UCS: ИТ-отрасль признала, что инициализация центров обработки данных на основе лицевой панели является слишком консервативной. Пользователи редко настраивают серверы так, чтобы они были оснащены максимальным количеством ЦП и производительностью, памятью, дисками, вводом-выводом и т. Д. Калькуляторы мощности могут помочь, позволяя пользователям вводить свою конфигурацию для более точной оценки энергопотребления.

● Хотя калькуляторы мощности предоставляют улучшенные средства для оценки мощности, они могут быть несколько консервативными. Даже для данной конфигурации системы мощность может широко варьироваться в зависимости от приложения.

● Для калькулятора мощности Cisco UCS 100-процентное значение мощности представляет собой максимальное энергопотребление, которое может быть достигнуто в системе. Приложение, используемое для измерения этого значения, использует интенсивные вычисления с плавающей запятой и чрезвычайно интенсивно использует процессор и память.Следовательно, 100-процентное значение мощности, вероятно, является значением мощности, которое может быть достигнуто с помощью приложения HPC.

● Реально развертывания корпоративной Cisco UCS не приблизятся к 100-процентному максимальному значению мощности, даже если загрузка ЦП достигнет 100 процентов. Например, база данных, которая увеличивает использование ЦП до 100 процентов, скорее всего, приблизится только к 50-процентному значению использования мощности, указанному калькулятором мощности.

● Таким образом, для оценки мощности типичного корпоративного развертывания Cisco UCS с использованием калькулятора мощности Cisco предлагает использовать 50 процентов в качестве фактора рабочей нагрузки системы.

Вариант 3. Прямое измерение мощности: при оценке мощности вы не можете получить более точную оценку, чем прямое измерение. Прямое измерение почти наверняка даст более низкое значение мощности, чем определенное с помощью вычислителя мощности (даже при 50 процентах) или лицевой панели.

● Однако резервирование пропускной способности цепи на основе этого значения приводит к высокому риску ложных срабатываний выключателя. Рабочие нагрузки в центре обработки данных со временем развиваются.

● То, что представляет собой максимальную реалистичную мощность сегодня, может быть значительно ниже максимальной мощности, достижимой при внедрении нового программного обеспечения или рабочих нагрузок.

● Опытные конечные пользователи, принимающие на себя риск такого подхода, тщательно контролируют свои рабочие нагрузки и обычно учитывают соответствующий запас прочности.

● Группы питания Cisco UCS Manager - отличный способ достичь экономических выгод от экономичного выделения мощности при сохранении системы безопасности при эксплуатации, которая восстанавливает неработающую емкость (рис. 8). Группа питания - это набор шасси, серверов, межкомпонентных соединений и / или расширителей матрицы, которые все получают питание от одного и того же блока PDU.Пользователи могут назначить группе явный бюджет мощности. Это позволяет пользователям безопасно увеличивать подписку на PDU.

● Для обеспечения центра обработки данных логическим способом использования ограничения является объединение всех серверов, потребляющих питание от одной цепи, в единую группу. Затем можно установить ограничение мощности для группы, которая защищает центр обработки данных от срабатывания автоматических выключателей.

Рис. 8. Power Capping

● Ограничение мощности может дать значительные преимущества, но его также можно использовать неправильно.Если ограничение мощности установлено ниже фактической максимальной мощности, это повлияет на производительность сервера. В общем, снижение производительности - это механизм ограничения мощности. Дополнительные сведения об ограничении мощности группы Cisco см. В разделе «Управление питанием» в техническом документе Cisco Unified Computing System: интегрированный подход .

Сбор параметров мощности и охлаждения объекта

Перед тем, как разработать решение для стойки и PDU, вы должны понять возможности центра обработки данных, а также требования к оборудованию.На предприятии должно быть достаточно места, электроэнергии и охлаждения:

● Пространство: физическое пространство в стойке измеряется в единицах стойки (RU), то есть в единицах вертикального пространства. 1RU места составляет 1,75 дюйма в стойке; 42RU - это объем вертикального пространства, доступного в стойке Cisco R42612. Пространство обычно является наименее ограничивающим фактором в плотности развертывания ИТ-оборудования. Часто количество оборудования, которое может быть развернуто в стойке, ограничено способностью обеспечивать питание или отвод тепла.

● Электропитание: для количественной оценки мощности цепи питания переменного тока в центре обработки данных пользователи должны знать ее напряжение и максимально допустимый ток. Часто полезный ток меньше максимального номинального тока. В Соединенных Штатах, все силовые цепи должны быть снижены на 20 процентов, чтобы соответствовать Национальному правилу противопожарной защиты (NFPA) 70: Национальному электротехническому кодексу. Например, в США номинальная мощность 20-амперной (А) цепи снижена до 16 А.

Для однофазной силовой цепи:

◦ Максимальная мощность = среднее напряжение, умноженное на средний ток

Для трехфазной силовой цепи:

◦ Максимальная мощность = среднее межфазное напряжение, умноженное на средний ток и 1.732, где постоянная 1,732 является результатом того факта, что не все три фазы вырабатывают одинаковую мощность одновременно. Напряжение и ток каждой фазы проходят через ноль в разное время.

◦ Более высокая мощность трехфазных цепей позволяет использовать меньше силовых цепей для фиксированной нагрузки. Многие поставщики PDU предлагают PDU, которые принимают трехфазное питание и подают однофазное питание на розетки оборудования. Обратите внимание, что во многих центрах обработки данных возможность отвода тепла, как правило, является большим ограничением, чем способность обеспечивать питание.Для центров обработки данных без надлежащего охлаждения увеличение мощности подачи питания никак не влияет на плотность стоек.

● Охлаждение: вся мощность, подаваемая на ИТ-оборудование, преобразуется в тепло. Во многих центрах обработки данных возможность охлаждения серверов является ограничивающим фактором плотности развертывания стоек. Такие факторы, как использование конструкций с горячими и холодными коридорами, использование заглушек и расположение плиток пола, влияют на фактическое количество оборудования, которое может быть охлаждено на стойку.Большинство объектов построено с учетом ограничения на охлаждение. Однако, поскольку эксплуатационные методы влияют на достижимую производительность, истинная холодопроизводительность может изменяться со временем на любом данном предприятии. Единственный способ сделать какие-либо предположения относительно охлаждающей способности данного центра обработки данных - это спросить кого-нибудь, кто знаком с ограничениями этого объекта.

Разработка решения PDU

Последний шаг в процессе проектирования решения по питанию - это согласование возможностей объекта с требованиями к питанию ИТ-оборудования.Эти два параметра были определены в предыдущих разделах.

Шаг проектирования лучше всего пояснить на конкретных примерах, приведенных в приложении в конце этого документа.

Блок распределения питания (PDU) серии Cisco RP

Блоки распределения питания

Cisco RP - идеальный выбор для гибкого, надежного, простого в развертывании распределения питания с защитой ответвлений. Кроме того, Cisco предлагает полную линейку продуктов для вычислений, стоек и питания, которые оптимизированы и сертифицированы для стоечных и стоечных серверов Cisco UCS.Серия RP включает опции для измерительных входов для удаленного мониторинга с целью оптимизации использования энергии и защиты цепи.

В рамках этих типов предложения PDU делятся на блоки, предназначенные для электрических вилок американского типа, и блоки, разработанные для вилок международного типа, которые поддерживают одно- и трехфазный вход. После определения желаемого входа, требований к разъему оборудования, возможностей мониторинга, желаемых выходов и варианта монтажа можно определить конкретный номер детали Cisco.

Базовые блоки PDU серии Cisco RP

Базовые модели PDU серии Cisco RP экономично и эффективно распределяют питание от одного входа до 24 розеток. Базовый PDU доступен в двух вариантах монтажа: горизонтальном и вертикальном. Горизонтальные блоки распределения питания устанавливаются в стойку и занимают одно или два места в стойке (1RU или 2RU). Горизонтальные PDU идеальны для небольших развертываний или для минимизации перегрузки силового кабеля, создаваемой несколькими вертикальными PDU. Из-за меньшего размера горизонтальные PDU имеют меньше розеток.Вертикальные (0RU) блоки распределения питания можно устанавливать на задней или боковой стороне стойки. Стойка Cisco R42612 может поддерживать до шести вертикально установленных блоков распределения питания. Вертикальные блоки распределения питания идеально подходят для крупных развертываний или при ограниченном пространстве в стойке. Базовые блоки PDU Cisco серии RP разработаны, протестированы и одобрены для использования с решениями Cisco. Бюджетные блоки распределения питания Cisco PDU могут повысить ценность существующих систем электроснабжения, одновременно повысив надежность и доступность системы. В таблице 4 приведены технические характеристики базовых блоков PDU Cisco серии RP.

Таблица 4. Технические характеристики для базовых блоков PDU серии Cisco RP

РП208-30-1П-У-2

РП208-30-1П-У-1

РП230-32-1П-У-2

РП230-32-1П-У-1

RU размер

0

1

0

1

Входное напряжение

от 200 до 240 В переменного тока ± 10%

от 200 до 240 В переменного тока ± 10%

от 200 до 240 В переменного тока ± 10%

от 200 до 240 В переменного тока ± 10%

Частота

от 50 до 60 Гц

от 50 до 60 Гц

от 50 до 60 Гц

от 50 до 60 Гц

Сила тока

30А

30А

32А

32А

Рейтинг UL

24А

24А

32А

32А

Заглушка входная

NEMA L6-30P

NEMA L6-30P

МЭК 309 32A 2P + E

МЭК 309 32A 2P + E

Длина шнура

100 футов (3 м)

100 футов (3 м)

100 футов (3 м)

100 футов (3 м)

Выходное напряжение

от 200 до 240 В переменного тока

от 200 до 240 В переменного тока

от 200 до 240 В переменного тока

от 200 до 240 В переменного тока

Емкости

20 МЭК 320 C13

4 МЭК 320 C19

2 МЭК 320 C13

4 МЭК 320 C19

20 МЭК 320 C13

4 МЭК 320 C19

2 МЭК 320 C13

4 МЭК 320 C19

Автоматический выключатель

2 двухполюсных 20A (UL 489)

2 двухполюсных 20A (UL 489)

2 двухполюсных 20A (UL 489)

2 двухполюсных 20A (UL 489)

PDU Cisco серии RP с измеряемым входом

Блоки распределения питания с измеряемым входом Cisco RP серии - отличный выбор для гибкого, надежного, простого в развертывании распределения питания с удаленным мониторингом для оптимизации энергопотребления и защиты цепей.PDU с измерением имеет те же функции, что и базовый PDU, плюс цифровой измеритель нагрузки для удаленного мониторинга тока, чтобы обеспечить балансировку нагрузки и предотвратить перегрузки. Эти блоки распределения питания включают гибкие варианты монтажа и уровни мощности от 5,7 кВт до 22,1 кВт. В таблицах 5 и 6 приведены технические характеристики блоков PDU с измеряемым входом серии Cisco RP.

Таблица 5. Спецификации для однофазных БРП с измеряемым входом серии RP

РП208-30М1П-4-8

РП208-30М1П-6-36

РП230-32М1П-6-36

RU размер

1

0

0

Входное напряжение

от 200 до 240 В переменного тока ± 10%

от 200 до 240 В переменного тока ± 10%

от 200 до 240 В переменного тока ± 10%

Частота

от 50 до 60 Гц

от 50 до 60 Гц

от 50 до 60 Гц

Сила тока

30А

30А

32А

Рейтинг UL

24А

24А

32А

Заглушка входная

NEMA L6-30P

NEMA L6-30P

МЭК 309 332P6

Длина шнура

100 футов (3 м)

100 футов (3 м)

100 футов (3 м)

Выходное напряжение

от 200 до 240 В переменного тока

от 200 до 240 В переменного тока

от 200 до 240 В переменного тока

Емкости

8 МЭК 320 C13

4 МЭК 320 C19

36 МЭК 320 C13

6 МЭК 320 C19

36 МЭК 320 C13

6 МЭК 320 C19

Автоматический выключатель

2 двухполюсных 20A (UL 489)

2 двухполюсных 20A (UL 489)

2 однополюсных 16А

Таблица 6. Технические характеристики трехфазных БРП с измеряемым входом серии RP

РП208-60М3П-12

РП208-30М3П-6-30

РП230-60М3П-12-9

РП230-32М3П-12-12

RU размер

2

0

0

0

Входное напряжение

от 200 до 240 В переменного тока ± 10%

от 200 до 240 В переменного тока ± 10%

от 200 до 240 В переменного тока ± 10%

от 346 до 450 В переменного тока ± 10%

Частота

от 50 до 60 Гц

от 50 до 60 Гц

от 50 до 60 Гц

от 50 до 60 Гц

Сила тока

60A

30А

60A

32А

Рейтинг UL

48A

24А

48A

32А

Заглушка входная

МЭК 309 460P9

NEMA L15-30P

МЭК 309 460P9

МЭК 309 532P6

Длина шнура

100 футов / 3 м

100 футов / 3 м

100 футов / 3 м

100 футов / 3 м

Выходное напряжение

от 200 до 240 В переменного тока

от 200 до 240 В переменного тока

от 200 до 240 В переменного тока

от 200 до 240 В переменного тока

Емкости

12 МЭК 320 C19

30 МЭК 320 C13

6 МЭК 320 C19

9 МЭК 320 C13

12 МЭК 320 C19

12 МЭК 320 C13

12 МЭК 320 C19

Автоматический выключатель

6 двухполюсных 20A (UL 489)

3 двухполюсных 20A (UL 489)

6 двухполюсных 20A (UL 489)

6 однополюсный 16А

Типы входных разъемов PDU серии Cisco RP

PDU

Cisco серии RP поддерживают широкий диапазон типов входного напряжения.Входное напряжение, номинальный ток и регион (Северная Америка или международный) определяют, какая входная вилка требуется. Максимальная мощность PDU для международных версий выше, потому что (1) входная вилка рассчитана на более высокий ток и (2) требования к снижению номинальных значений, определенные Национальным законодательством по противопожарной защите (NFPA) 70: Национальный электротехнический кодекс не применяется за пределами Северной Америки. . В таблице 7 приведены возможности различных входных разъемов.

Таблица 7. Информация о входном штекере

Северная Америка

Международный

Тип штекера

Л6-30П

Л15-30П

IEC309 460P9

IEC309 332P6

IEC309 532P6

Образ штекера

Номинальное входное напряжение

208В

208В

208В

230 В

400 В

Максимальный полезный ток

24А

24А

48A

32А

32А

Максимальная общая мощность

5.0кВт

8,6 кВт

17,3 кВт

7,4 кВт

22,2 кВт

Поддерживаемые модели

РП208-30-1П-У-1

РП208-30-1П-У-2

РП208-30М1П-4-8

ПР208-30М1П-6-36

РП208-30М3П-6-30

РП208-60М3П-12

РП208-60М3П-12-9

РП230-32-1П-У-1

РП230-32-1П-У-2

ПР230-32М1П-6-36

ПР230-32М1П-12-12

Для получения дополнительной информации

В Cisco

Стойка Cisco R42612 и блоки распределения питания с измеренным входом серии Cisco RP

Руководство по установке стойки Cisco серии R и PDU серии RP

Технические характеристики базовых блоков распределения питания Cisco серии RP

Технические характеристики распределителей входного питания с измерением серии Cisco RP

Управление питанием в унифицированной вычислительной системе Cisco: интегрированный подход Официальный документ

Внешний

Одним из отличных источников информации и передового опыта является Green Grid.Green Grid объединяет производителей оборудования, фирмы, занимающиеся проектированием центров обработки данных, и конечных пользователей, а также содержит обширную подробную информацию о стандартах и ​​методах энергоэффективности ИТ.

Кроме того, через Технический комитет 9.9 (TC 9.9) ASHRAE (Американское общество отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха) предоставило отличные рекомендации по объектам центров обработки данных.

Приложение: Примеры проектов

Пример 1: Среднее развертывание (стойка и блейд-сервер)

Первый шаг включает в себя (1) определение требований к резервированию мощности на основе требований доступности, (2) определение количества розеток на основе требований к аппаратному обеспечению решения и требований к избыточности и (3) определение требований к мощности на основе конфигурации оборудования.В этом примере решение включает пару межкомпонентных соединений, блейд-серверы и стоечный сервер. Конкретная конфигурация оборудования описана в Таблице 8.

Таблица 8. Пример 1 Конфигурация решения

Кол-во

Базовый SKU

Детали конфигурации

2

UCS-FI-6332

Блок питания 2x 650 Вт (UCS-PSU-6332-AC)

1

UCSB-5108-AC2

Блок питания 4x 2500 Вт (UCSB-PSU-2500ACDV)

2x 2304 IOM (UCS-IOM-2304)

8

UCSB-B200-M4

2x E5-2683 v4 (UCS-CPU-E52683E)

16x 32 ГБ DDR4-2400MHz RDIMM (UCS-MR-1X322RV-A)

2x 300 ГБ 6 ГБ SAS15K об / мин SFF3000 HDD (UCS -10 9405 HDD300GI2 млОМ (UCSB-MLOM-40G-03)

1

UCSC-C220-M4L

Блок питания 2x 770 Вт (UCSC-PSU1-770W)

2x E5-2698 v3 (UCS-CPU-E52698D)

24x 8 ГБ DDR4-2133 МГц RDIMM (UCS-MR-1X081RU-A)

4x8 ГБ Жесткий диск 6 Гб SAS 15 000 об / мин LFF (UCS-HD600G15KHY-E)

1x VIC 1225 (UCSC-PCIE-CSC-02

В этом примере требование доступности - резервирование сети.Это означает, что требуются два резервных источника питания переменного тока. Во время нормальной работы нагрузка на оборудование распределяется между обоими кормами, при этом одна подача способна поддерживать всю нагрузку оборудования во время запланированной или незапланированной потери одной подачи. Количество и тип сосудов указаны в таблице 9.

Таблица 9. Пример 1 Требования к розетке

Кол-во

Базовый SKU

Всего вводов по типу розеток

Тип розетки на вход переменного тока

2

UCS-FI-6332

0 C19 + 4 C13

0 C19 + 2 C13

1

UCSB-5108-AC2

4 C19 + 0 C13

2 C19 + 0 C13

1

UCSC-C220-M4L

0 C19 + 2 C13

0 C19 + 1 C13

Опять же, эти требования основаны на политике резервного питания.Количество необходимых разъемов зависит от желаемого резервирования и ожидаемого энергопотребления. Как правило, для шасси блейд-модуля Cisco UCS 5108 с политикой питания с резервированием сети требуется два блока питания, подключенных к каждому входному каналу переменного тока. Если выбрана другая политика резервирования (N + 1 или неизбыточная), может потребоваться меньше блоков питания и меньше входов.

Следующий шаг - определить, сколько энергии требуется для поддержки решения. Калькулятор мощности Cisco UCS используется для оценки ожидаемого энергопотребления.Расчетная потребляемая мощность колеблется от 1500 Вт в режиме ожидания до 4900 Вт при выполнении самых тяжелых рабочих нагрузок в наихудших условиях эксплуатации. См. Рисунок 9 для более подробной информации. Оценка типичного энергопотребления составляет 3200 Вт и основана на 50-процентном коэффициенте рабочей нагрузки системы. Как правило, для определения мощности, необходимой для решения, рекомендуется коэффициент рабочей нагрузки системы 50 процентов.

Рисунок 9. Пример 1 Оценка энергопотребления

Следующим шагом является определение доступной мощности и охлаждающей способности, поддерживаемой центром обработки данных.В этом примере используется типичная однофазная розетка для предприятий США. Каждой стойке выделяются две розетки L6-30R, каждая из которых подключена к разным схемам распределения питания переменного тока для поддержки резервирования сети. Каждый источник питания способен обеспечить непрерывную мощность 4992 Вт. Размеры охлаждающего решения соответствуют доступной мощности на стойку. Таким образом, каждая стойка рассчитана на обеспечение приблизительно 5 кВт непрерывной мощности и охлаждения для установленного ИТ-оборудования.

Объем места в стойке, необходимый для решения, указан в Таблице 10.Стойка R42612 обеспечивает 42RU полезного пространства стойки.

Таблица 10. Пример 1 Требования к пространству в стойке

Кол-во

Базовый SKU

Всего RU

2

UCS-FI-6332

2РУ

1

UCSB-5108-AC2

6RU

1

UCSC-C220-M4L

1RU

Примечание: 33RU физического пространства остается для блоков распределения питания и / или другого оборудования.Неизрасходованное пространство следует заполнить панелями-заполнителями.

Последний шаг - выбрать подходящий стоечный PDU. Серия Cisco RP включает четыре модели с L6-30P. Максимальное расчетное энергопотребление для решения составляет 4400 Вт. Каждая вилка L6-30 способна обеспечить 4992 Вт непрерывной мощности. Таким образом, один блок распределения питания Cisco RP Series более чем способен поддерживать это решение. Второй PDU Cisco RP Series требуется для поддержки требований избыточности.Например, заказчик планирует контролировать потребление входной мощности с помощью Cisco UCS Manager. Поэтому для этого примера выбрана базовая модель. В стойке Cisco R42612 достаточно места для поддержки варианта горизонтального или вертикального монтажа. Горизонтальный стоечный БРП (RP208-30-1P-U-1) имеет всего шесть розеток (два IEC 320 C13 и четыре IEC 320 C19). Хотя розеток достаточно, розеток IEC 320 C13 недостаточно.

В этом случае можно использовать розетку IEC 320 C19; однако требуется специальный переходной кабель (от IEC 320 C13 до IEC 320 C20).Этот тип переходного кабеля недоступен в Cisco и должен быть приобретен у партнера.

В этом примере выбрана модель вертикального монтажа (RP208-30-1P-U-2). Эта модель имеет достаточное количество розеток, а также дополнительные розетки для поддержки дополнительного оборудования, развернутого в стойке.

Пример 2: Большое развертывание (блейд-сервер)

Первый шаг включает в себя (1) определение требований к резервированию мощности на основе требований доступности, (2) определение количества розеток на основе требований к аппаратному обеспечению решения и требований к избыточности и (3) определение требований к мощности на основе конфигурации оборудования.В этом примере решение включает пару межкомпонентных соединений, блейд-серверы и стоечный сервер. Конкретная конфигурация оборудования описана в Таблице 11.

Таблица 11. Пример 2 Конфигурация решения

Кол-во

Базовый SKU

Детали конфигурации

2

UCS-FI-6332

Блок питания 2x 650 Вт (UCS-PSU-6332-AC)

1

UCSB-5108-AC2

Блок питания 4x 2500 Вт (UCSB-PSU-2500ACDV)

2x 2304 IOM (UCS-IOM-2304)

8

UCSB-B200-M4

2x E5-2683 v4 (UCS-CPU-E52683E)

16x 32 ГБ DDR4-2400MHz RDIMM (UCS-MR-1X322RV-A)

2x 300 ГБ 6 ГБ SAS15K об / мин SFF3000 HDD (UCS-10 HDD300GI2000) 1x VIC 1340 mLOM (UCSB-MLOM-40G-03)

В этом примере требование доступности - резервирование сети.Это означает, что требуются два резервных источника питания переменного тока. Во время нормальной работы нагрузка на оборудование распределяется между обоими кормами, при этом одна подача способна поддерживать всю нагрузку оборудования во время запланированной или незапланированной потери одной подачи. Количество и тип емкостей указаны в Таблице 12.

Таблица 12. Пример 2 Требования к розетке

Кол-во

Базовый SKU

Всего вводов по типу розеток

Тип розетки на вход переменного тока

2

UCS-FI-6332

0 C19 + 4 C13

0 C19 + 2 C13

1

UCSB-5108-AC2

24 C19 + 0 C13

12 C19 + 0 C13

Опять же, эти требования основаны на политике резервного питания.Количество необходимых разъемов зависит от желаемого резервирования и ожидаемого энергопотребления. Как правило, для шасси блейд-модуля Cisco UCS 5108 с политикой питания с резервированием сети требуется два блока питания, подключенных к каждому входному каналу переменного тока. Если выбрана другая политика резервирования (N + 1 или неизбыточная), может потребоваться меньше блоков питания и меньше входов.

Следующий шаг - определить, сколько энергии требуется для поддержки решения. Калькулятор мощности Cisco UCS используется для оценки ожидаемого энергопотребления.Расчетная потребляемая мощность колеблется от 6150 Вт в режиме ожидания до 23 500 Вт при выполнении самых тяжелых нагрузок в наихудших условиях эксплуатации. См. Рисунок 10 для получения более подробной информации. Расчетная потребляемая мощность составляет 14 700 Вт при 50-процентном коэффициенте рабочей нагрузки системы. Как правило, для определения мощности, необходимой для решения, рекомендуется коэффициент рабочей нагрузки системы 50 процентов.

Рисунок 10. Пример 2 Оценка энергопотребления

Следующим шагом является определение доступной мощности и охлаждающей способности, поддерживаемой центром обработки данных.В этом примере используется типичная однофазная розетка для предприятий США. Каждой стойке выделяются две розетки 460R9, каждая из которых подключена к разной схеме распределения питания переменного тока для поддержки резервирования сети. Каждый источник питания может обеспечивать постоянную мощность 17,3 Вт. Размеры охлаждающего решения соответствуют доступной мощности на стойку. Таким образом, каждая стойка рассчитана на обеспечение приблизительно 17,3 кВт непрерывной мощности и охлаждения для установленного ИТ-оборудования.

Объем места в стойке, необходимый для решения, указан в Таблице 13.Стойка R42612 обеспечивает 42RU полезного пространства стойки.

Таблица 13. Пример 2 Требования к пространству в стойке

Кол-во

Базовый SKU

Всего RU

2

UCS-FI-6332

2РУ

6

UCSB-5108-AC2

36РУ

Примечание. 4RU физического пространства остается для блоков PDU и / или другого оборудования.Неизрасходованное пространство следует заполнить панелями-заполнителями.

Последний шаг - выбрать подходящий стоечный PDU. Серия Cisco RP включает две модели со штекером 460P9. Максимальное расчетное энергопотребление решения составляет 22,5 кВт. Каждая вилка 460P9 способна обеспечить постоянную мощность 17,3 кВт. Хотя оценка максимальной потребляемой мощности превышает 17,3 кВт, маловероятно, что решение позволит достичь оценки максимальной мощности. Системные рабочие нагрузки носят динамический характер, и маловероятно, что каждое шасси одновременно будет потреблять максимальную мощность.По этой причине для определения размера рекомендуется использовать коэффициент рабочей нагрузки системы. Расчетный коэффициент загрузки системы в 50 процентов составляет 14,7 кВт. Это вполне соответствует номинальной мощности одной вилки 460P9. Чтобы гарантировать, что решение не превышает номинальную мощность, в Cisco UCS Manager создается группа мощности с явным бюджетом мощности 17,3 кВт.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *