Зависимость площади сечения проводов и кабелей от силы тока, расчет необходимого сечения кабеля

Чтобы отремонтировать старую линию или проложить новую, необходимо подобрать кабель нужного сечения, чтобы он мог нести предполагаемую нагрузку.

Если старая линия вышла из строя, ее следует заменить, но прежде чем заменять ее аналогичной линией, выясните причину неисправности старой линии. Это может быть просто механическое повреждение, или изоляция могла выйти из строя, или, что еще важнее, линия могла выйти из строя из-за превышения допустимой нагрузки.

Вот на что следует обратить внимание:

  • Чем отличаются кабельные изделия и каковы их основные характеристики?
  • Допустимое напряжение определяется изоляцией кабеля
  • Что влияет на пропускную способность кабеля по току?
  • Как узнать сопротивление проводника на основе диаметра проводника?
  • Как определить необходимую площадь поперечного сечения проводника?
Площадь поперечного сечения проводников и кабелей в зависимости от силы тока, расчет необходимого сечения кабеля

Чем отличаются друг от друга кабельные изделия и каковы их основные характеристики?

Во-первых, важно определить, каково напряжение сети, по которой проходит кабель. Для бытовых сетей часто используются ВВГ, ПУГНП (за исключением того, что запрещено современными требованиями ПУЭ из-за больших допусков до 30% в сечении при изготовлении и допустимой толщины изоляции 0,3 мм против 0,4 для ПУЭ), ШВВП и другие.

Если начать с определений, то разница между проводом и кабелем минимальна, в основном в соответствии с определением в ГОСТе или ТУ, который его производит. Ведь на рынке существует множество 2-3 жильных проводов с двухслойной изоляцией, например, тот же ПУГНП или ПУНП.

Допустимое напряжение определяется изоляцией кабеля.

Помимо напряжения, необходимо также учитывать условия использования кабеля — для подключения мобильных инструментов и оборудования он должен быть гибким, для подключения стационарных компонентов это не имеет значения, но кабель с твердой жилой является лучшим выбором.

Решающим фактором при покупке является площадь поперечного сечения жилы, которая измеряется в мм2 и от которой зависит способность проводника выдерживать длительные нагрузки.

Что влияет на пропускную способность кабеля по току?

Во-первых, давайте рассмотрим основы физики. Закон Джоуля-Ленца был открыт двумя учеными, Джеймсом Джоулем (1841) и Эмилиусом Ленцем (1842), независимо друг от друга, поэтому он имеет двойное название. Таким образом, этот закон количественно описывает тепловой эффект тока, протекающего через проводник.

Если выразить его через плотность тока, то получится следующая формула.

Площадь поперечного сечения проводов и кабелей в зависимости от силы тока - Расчет требований к площади поперечного сечения кабеля

Интерпретация: w — мощность тепловыделения на единицу объема, вектор j — плотность тока через проводник в амперах на квадратный миллиметр. Для медных проводников этот показатель составляет от 6 до 10 ампер на миллиметр площади, где 6 — рабочая плотность, а 10 — кратковременная плотность. Вектор E — напряженность электрического поля. σ — проводимость среды.

Поскольку проводимость обратно пропорциональна сопротивлению: σ = 1/R

Если выразить закон Джоуля-Ленца интегрированием тепла в его форме, то.

Площадь поперечного сечения проводов и кабелей в зависимости от силы тока, расчет необходимой площади поперечного сечения кабеля
Площадь поперечного сечения проводов и кабелей в зависимости от силы тока, расчет необходимой площади поперечного сечения кабеля

Таким образом, dQ — это количество тепла, которое выделится в цепи, в которой ток I протекает через проводник с сопротивлением R за промежуток времени dt.

То есть, количество тепла пропорционально току и сопротивлению. Чем выше ток и сопротивление, тем больше тепла будет выделяться. Это опасно, поскольку в какой-то момент нагрев достигнет такого уровня, что изоляция провода расплавится. Вы могли заметить, что провода дешевых бойлеров заметно нагреваются при работе, и это именно так.

Если из кабеля уходит мощность, то напряжение на концах кабеля, подключенных к нагрузке, также будет падать.

В калькуляторе для расчета сечения кабеля обычно указываются следующие параметры:

  • Ток или мощность нагрузки.
  • Длина провода.
  • Допустимое падение напряжения (обычно в процентах).
Читайте по теме:  Антенна своими руками для т2

Чем выше сопротивление — тем больше падение напряжения — тем больше тепла будет выделять кабель при передаче энергии (P = UI, где U — падение напряжения на кабеле, а I — ток, протекающий по нему).

Все расчеты сводятся к току и сопротивлению. Сопротивление проводника рассчитывается по формуле

Площадь поперечного сечения проводов и кабелей в зависимости от силы тока, расчет необходимой площади поперечного сечения кабеля

Здесь: ρ (ro) — удельное сопротивление, l — длина кабеля, S — площадь поперечного сечения.

Удельное сопротивление зависит от структуры металла, а значения удельного сопротивления можно найти в таблице.

Площадь поперечного сечения провода и кабеля в зависимости от силы тока, расчет необходимой площади поперечного сечения кабеля

Для прокладки кабелей в основном используются алюминий и медь. Сопротивление меди составляет 1,68*10-8 Ом*мм2/м. Сопротивление алюминия в 1,8 раза больше сопротивления меди — 2,82*10-8 Ом*мм2/м. Это означает, что алюминиевый провод почти в два раза горячее медного провода того же сечения и тока. Из этого следует, что для проводки придется покупать более толстый алюминиевый провод и что алюминиевые жилы легко повреждаются.

По этой причине медные кабели были заменены из бытовой электропроводки медными кабелями, а использование алюминиевых кабелей было запрещено — для монтажа электроустановок с очень высоким током разрешено использовать только алюминиевые кабели сечением более 16 мм² (см.: Почему алюминиевые кабели нельзя использовать в электроустановках).

Как определить сопротивление провода по диаметру жилы?

В некоторых случаях площадь поперечного сечения проводника неизвестна, поэтому ее можно рассчитать по диаметру. Если у вас нет штангенциркуля, возьмите палочку, например, биро или гвоздь, намотайте на нее 10 витков проволоки, измерьте длину спирали с помощью линейки и разделите ее на 10 — вы получите диаметр одной нити проволоки.

Площадь поперечного сечения провода и кабеля в зависимости от силы тока, расчет необходимой площади поперечного сечения кабеля

Чтобы определить общий диаметр нескольких жил, измерьте диаметр каждой жилы и умножьте на их количество.

Площадь поперечного сечения провода и кабеля в зависимости от силы тока, расчет необходимой площади поперечного сечения кабеля

Затем используйте эту формулу для расчета площади поперечного сечения.

Площадь поперечного сечения провода и кабеля в зависимости от силы тока, расчет необходимой площади поперечного сечения кабеля

Снова вернитесь к этой формуле, чтобы рассчитать сопротивление провода.

Площадь поперечного сечения провода и кабеля в зависимости от силы тока, расчет необходимой площади поперечного сечения кабеля

Как определить необходимую площадь поперечного сечения провода?

Самый простой способ определить площадь поперечного сечения проводника — воспользоваться таблицей. Это подходит для расчета не очень длинных линий при прокладке в нормальных условиях (при нормальной температуре окружающей среды). Это также можно использовать для выбора проводов для удлинителей. Обратите внимание, что в таблице приведено сечение однофазных и трехфазных сетей из алюминия и меди для заданного тока и мощности.

Площадь поперечного сечения проводников и кабелей в зависимости от силы тока, расчет необходимого сечения кабеля

Для длинных проводов (более 10 метров) лучше не использовать эту таблицу. Необходимо произвести расчеты. Самый быстрый способ сделать это — воспользоваться калькулятором. Алгоритм следующий.

Что касается допустимых потерь напряжения (не более 5%), это означает, что при напряжении 220 В и допустимой потере напряжения 5% падение напряжения на кабеле (от конца до конца) не должно превышать.

5%*220 = 11В.

Теперь, зная силу тока, который будет протекать, мы можем рассчитать сопротивление кабеля. В двухпроводной линии сопротивление умножается на 2, поскольку ток течет по двум проводам, длина линии составляет 10 метров, а общая длина проводников — 20 метров.

Отсюда, используя приведенную выше формулу, рассчитайте необходимое сечение кабеля.

Вы можете использовать приложения «Мобильный электрик» и electroDroid, чтобы делать это автоматически со своего смартфона. Только в калькуляторе задается не общая длина проводов, а длина линии от источника питания до токоприемника.

В целом, правильно подобранный жгут проводов — это 50% успеха, вторая половина зависит от правильной установки. Необходимо учитывать все функции кабельной сети и максимальную потребляемую мощность всех потребителей. При этом введите допустимый запас расхода в 20-40% «на всякий случай».

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: