Допустимая плотность тока для медного провода
Все проводники при прохождении тока нагреваются. Чрезмерное повышение температуры провоцирует механическое разрушение конструкции, включая защитные и декоративные оболочки. Чтобы сохранить работоспособность трассы пользуются понятием «длительно допустимый ток». Справочные значения для проводов с медными и алюминиевыми жилами приведены в правилах ПУЭ и отраслевых ГОСТах.
Таблица разрешенных токовых нагрузок
| Материал проводника | Оболочка | Площадь поперечного сечения жилы, мм кв. | Допустимые токовые нагрузки, А | Тип трассы, количество кабелей в канале |
|---|---|---|---|---|
| медь | поливинилхлорид | 1,5 | 23 | монтаж в открытом лотке |
| медь | резина свинец | 1,5 | 33 | в земле, двухжильный кабель |
| алюминий | поливинилхлорид | 2,5 | 24 | открытый лоток |
| алюминий | полимер | 2,5 | 29 | в земле, трехжильный кабель |
| медь | пластик, резина | 2,5 | 40 | перемещаемая конструкция, одножильный кабель |
https://www.youtube.com/watch?v=ytcreatorsru
Для точного расчета специалисты пользуются формулой теплового баланса, которая содержит:
- электрическое сопротивление метра проводника при определенной температуре;
- поправочные коэффициенты для учета передачи тепла в окружающее пространство с помощью конвекции, инфракрасного излучения;
- нагрев от внешних источников.
При создании сетей в современных объектах недвижимости предпочитают использовать именно такие проводники. При одинаковом сечении они меньше перегреваются, по сравнению с алюминиевыми аналогами. В многожильном исполнении медные кабели хорошо подходят для создания сетевых соединительных шнуров, удлинителей. Их можно использовать для создания поворотов с малым радиусом.
Тепловой нагрев
Для расчета количества тепла (Q), выделяемого проводником, пользуются формулой I*2*R*t, где:
- I – сила тока, в амперах;
- R – сопротивление одного метра медного проводника;
- t – время испытания в определенных условиях.
Тонкие проводники эффективно отдают тепловую энергию окружающей среде. На процесс оказывают существенное влияние конкретные условия. Как отмечено выше, контакт оболочки с водой существенно улучшает охлаждение.
По мере увеличения сечения часть энергии расходуется для нагрева прилегающих слоев. Этим объясняется постепенное снижение допустимой плотности тока в расчете на единицу площади.
Распределение температур в кабельной продукции
На рисунке хорошо видно, как при уменьшении изоляционного слоя улучшается теплоотдача.
Падение напряжения
Этот относительный параметр показывает разрешенный нормативами ток на один мм кв. площади сечения. Отмеченные выше тенденции по изменению теплоотдачи при увеличении размеров проводника подтверждаются расчетами и данными лабораторных испытаний.
Таблица допустимых значений плотности тока для разных условий в медном проводнике
| Поперечное сечение, мм кв. | Ток (А)/ Плотность тока (А/ мм кв.) | |
|---|---|---|
| Для трассы в здании | Монтаж на открытом воздухе | |
| 6 | 73/ 12,2 | 76/ 12,6 |
| 10 | 103/ 10,3 | 108/ 10,8 |
| 25 | 165/ 6,6 | 205/ 8,2 |
| 50 | 265/ 5,3 | 335/ 6,7 |
В некоторых ситуациях пригодится квалифицированно составленный временной график. Стиральная машина при нагреве воды и в режиме сушки потребляет много электроэнергии. Ее можно настроить на автоматическое выполнение рабочих операций в ночные часы. Если снабжающие организации предлагают соответствующую тарификацию, получится дополнительная экономия денежных средств.
Вентилятор обеспечивает эффективное охлаждение проводников, которые установлены в микроволновой печи
Лучшие показатели теплообмена при остальных равных условиях характерны для проводников с относительно меньшей площадью поперечного сечения.
Таблица токовых параметров для кабелей с медными жилами
| Сечение, мм кв. | Плотность тока, А/ мм кв. | Ток, А |
|---|---|---|
| 1 | 15 | 15 |
| 1,5 | 13,3 | 20 |
| 2,5 | 10,8 | 27 |
| 16 | 5,7 | 92 |
| 25 | 4,9 | 123 |
https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin
Продукцию этого вида выпускают с площадью сечения от 0,5 до 1000 и более мм кв. Для решения бытовых задач подойдут приведенные ниже модификации.
| Сечение проводника, мм кв. | Ток (А)/ Суммарная мощность потребителей (кВт) для сетей | |
|---|---|---|
| 220 V | 380 V | |
| 1.5 | 19/4,1 | 16/10,5 |
| 2.5 | 27/5,9 | 25/16,5 |
| 4 | 38/8,3 | 30/19,8 |
| 6 | 46/10,1 | 40/26,4 |
| 10 | 70/15,4 | 50/33 |
| 16 | 85/18,7 | 75/49,5 |
Падение напряжения
Для того чтобы представить влияние тока на падение напряжения, необходимо вспомнить закон Ома:
I=U/(R+r).
Согласно закону Ома, при протекании тока через проводник с сопротивлением R на нем образуется падение напряжения:
U=I·(R+r).
Таким образом, при постоянном сопротивлении нагрузки R, чем больше ток в питающей сети, тем больше будет падение напряжения на сопротивлении r, питающих проводов (U=I·r).
Именно напряжение потерь вызывает ненужный нагрев проводов, но главная проблема в том, что напряжение нагрузки становится меньше на эту величину. Пояснить это можно на простом примере. Пускай в домашней электропроводке имеется участок длиной 100 м, выполненный медным проводом сечением 2.5 мм2. Сопротивление такого участка составит около 0.7 Ом. При токе нагрузки 10А, а это потребляемая мощность чуть больше 2 кВт, падение напряжения на проводе составит 7 В. При однофазном питании используется два провода, поэтому суммарное падение составит 14 В. Это довольно значительная величина, поскольку напряжение на потребителях будет составлять уже не 220, а 206В.
К определению падения напряжения в кабеле
На самом деле этот пример не совсем точен, поскольку уменьшение напряжения на активной нагрузке приведет к снижению мощности, следовательно, к снижению потребляемого тока. Но целью данной статьи не является замена учебника электротехники, поэтому данное объяснение вполне правдоподобно. Таблица, приведенная ниже, показывает соотношение падения напряжения при различных значениях тока на 1 м провода для наиболее распространенных сечений.
Зависимость падения напряжения от сечения и величины протекающего тока
| Сечение, мм2 Ток, А | 0,75 | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 4 | 6 |
| 1 | 0,023 | 0,018 | 0,012 | 0,009 | 0,007 | 0,004 | 0,003 |
| 2 | 0,047 | 0,035 | 0,023 | 0,018 | 0,014 | 0,009 | 0,006 |
| 5 | 0,117 | 0,088 | 0,059 | 0,045 | 0,035 | 0,022 | 0,015 |
| 10 | 0,233 | 0,175 | 0,117 | 0,090 | 0,070 | 0,044 | 0,029 |
| 15 | 0,350 | 0,263 | 0,175 | 0,135 | 0,105 | 0,066 | 0,044 |
| 20 | 0,466 | 0,350 | 0,233 | 0,180 | 0,140 | 0,088 | 0,058 |
При расчетах однофазной электропроводки по допустимому падению напряжения при предполагаемом токе нагрузки данные таблицы следует удваивать (используется два проводника: ноль и фаза). Не всегда в таблице будет присутствовать нужное сечение проводника, поэтому следует выбирать ближайшее большее значение. Это хорошо еще и тем, что учитывается возможное повышение мощности потребителей. Сильно большое сечение, взятое с запасом, приведет к неоправданному удорожанию материалов.
Что представляют собой таблицы Правил Устройства Электроустановок
Показатели, отображённые в таблице, относятся к устройствам с обеспечением нулевого потенциала как через заземляющую жилу, так и без нее. Диаметры приняты из расчета предельного нагрева сердечников до 60 градусов. Определяя количество проводов, которые прокладываются в одной трубе или в едином лотке, следует учесть, что заземляющий или нулевой рабочие проводники не рассчитываются.
ПУЭ
Электротоковые нагрузки на провода, проложенные в лотках, должны быть такими же, как и для проводящих элементов цепи, проложенных в открытом исполнении, то есть, по воздуху.
Если в трубах, лотках или коробах показатель нагрузки единый, так как все элементы связаны единой цепью, то диаметр проводника следует подбирать по аналогичному с открытой прокладкой алгоритму. Однако, здесь необходимо вводить специальные коэффициенты, обеспечивающие запасы численных показателей в зависимости от геометрических характеристик и количества жил: 0,68 при 5–6 проводниках, 0,63 при 7–9 проводниковых элементах или 0,6 при 10–12 кабелях в едином лотке или канале.
Обратите внимание! Чтобы правильно рассчитать сечение и облегчить выбор проводников, отталкиваясь от показателя длительно допустимого тока и добавочных условий, следует использовать специальную онлайн-форму расчета. Токовые значения для малых диаметров проводников из меди, представленные в таблице, получены по правилам экстраполяции, и их всегда можно откорректировать
Таблица токовых нагрузок к сечению медных кабелей
В целом, кабельный диаметр принимается по току, в зависимости от достаточной площади сердечника, падения напряжения и площади поперечного среза металлического сердечника кабеля. Это необходимо для максимального обеспечения механической прочности и общей надежности проводки. Допустимый кабельный ток по ПУЭ равен от 11 до 645 ампер.
Пути повышения допустимого тока
Поперечное сечение проводников
Для снижения стоимости конструкций, в которых используются медные провода и кабели или шнуры, уменьшения массы, существует несколько путей повышения допустимых значений тока:
- Улучшение охлаждения за счет обдува или конвективных потоков;
- Отвод тепла при помощи теплоотводов или радиаторов;
- Ограничение максимальных токовых нагрузок по времени.
Грамотно выполненная конфигурация обмоток и расположение трансформатора способны эффективно отводить тепло, которое выделяется при прохождении тока. Для мощных силовых трансформаторов, а это сварочные аппараты, трансформаторы подстанций, выполняется специальная обмотка с воздушными промежутками. Попадая в промежуток между отдельными частями обмоток, воздух отбирает часть тепла и выносит его наружу.
Те же цели преследует обдув нагревающихся частей машин при помощи вентиляторов. К такому решению часто обращаются производители микроволновых печей, устанавливая кулер на мощный высоковольтный трансформатор.
Обмотка с зазорами
Мощные трансформаторы силовых подстанций охлаждают обмотки при помощи трансформаторного масла, в которое погружен весь трансформатор. Обмотки выполняются с промежутками, в которых циркулирует масло.
Масло охлаждается при помощи трубчатого радиатора, который находится на боковых сторонах корпуса трансформатора. Вся конструкция выполнена полностью герметичной, поэтому для компенсации температурного расширения масла имеется расширительный бак.
Масляный трансформатор
Кратковременные токовые нагрузки не успевают в достаточной мере прогреть всю обмотку, поэтому для кратковременно работающего оборудования можно принимать плотность тока по сечению провода вплоть до 7-10А на мм2.
Оборудование, которое эксплуатируется на максимально допустимых плотностях тока, должно чередовать работу под нагрузкой с перерывом на охлаждение.
Важно! Теплопроводность меди и теплоемкость железного сердечника машин переменного тока высоки. Проходящие токи нагрузки прогревают весь объем обмоток одновременно, а охлаждение происходит только с поверхности, поэтому периоды отдыха должны превышать время работы под нагрузкой в несколько раз для достаточного охлаждения не только наружных, но и внутренних частей оборудования
Формула расчета
Вычислить площадь сечения электрического провода можно разными способами в зависимости от его типа. Для всех случаев применяется единая формула расчета сечения кабеля по диаметру. Она имеет следующий вид:
D – диаметр жилы.
Диаметр жилы обычно указывается на оплетке провода или на общем ярлыке с другими техническими характеристиками. При необходимости определить это значение можно двумя способами: с применением штангенциркуля и вручную.
Первым способом измерить диаметр жилы очень просто. Для этого ее необходимо очистить от изоляционной оболочки, после чего воспользоваться штангенциркулем. Значение, которое он покажет, и есть диаметр жилы.
Если провод многожильный, необходимо распустить пучок, пересчитать проволоки и измерить штангенциркулем только одну из них. Определять диаметр пучка целиком смысла нет – такой результат будет некорректным из-за наличия пустот. В этом случае формула расчета сечения будет иметь вид:
D – диаметр жилы;
а – количество проволок в жиле.
При отсутствии штангенциркуля диаметр жилы можно определить вручную. Для этого ее небольшой отрезок необходимо освободить от изоляционной оболочки и намотать на тонкий цилиндрический предмет, например, на карандаш. Витки должны плотно прилегать друг к другу. В этом случае формула вычисления диаметра жилы провода выглядит так:
L – длина намотки проволоки;
N – число полных витков.
Чем больше длина намотки жилы, тем точнее получится результат.
