Pollife.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Длительно-допустимый ток кабеля

Длительно-допустимый ток кабеля

Длительно допустимый ток кабеля

Длительно-допустимый ток кабеля обозначает параметры токов, при которых наблюдается пиковый подъем температуры до своего максимума. На изменении данной характеристики больше всего влияет эксплуатационный режим, сечение токопроводника и наружные условия в плане влажности и температуры. Эти колебания происходят под воздействием данных факторов.
Содержание:

  • Причины нагрева кабеля
  • Расчет длительно допустимого тока кабеля
  • Условия теплоотдачи
  • Длительно допустимый ток по ПУЭ

Причины нагрева кабеля

Для любой сети, проектируемой для бытового использования или на крупном промышленном объекте, обязательно потребуется грамотно рассчитать сечение кабельно-проводниковых элементов. Корректно выполнить данную работу поможет знание причин изменения температуры в проводниках.

Физическая природа такого явления, как электрический ток, заключается в четко направленном перемещении заряженных частиц, происходящем под влиянием электрополя. В рабочем процессе электроны вынуждены преодолевать существующие в кристаллической решетке внутренние связи на молекулярном уровне. Из-за этого наблюдается образование значительного количества тепловой энергии.

Как и у любого другого явления, есть как негативные, так и положительные аспекты подобного свойства. В различных устройствах, к примеру, утюгах, чайниках, печах, такой эффект положен в основу конструкции. А вот минусом становится угроза разрушения изоляции, что грозит поломкой и даже воспламенением техники. Каждая такая ситуация – это превышение установленного лимита длительной токовой нагрузкой.

К чрезмерному перегреву приводит:

  • небрежный выбор параметров сечения. Перед подключением кабеля к прибору нужно убедиться в наличии запаса мощности кабеля порядка 30-40% к номинальному рабочему значению потребления;
  • плохое качество контактов обязательно послужит причиной нагрева и может закончиться возгоранием. Устранить опасность нередко можно своевременной профилактикой в виде подтягивания в местах соединения;

как подтянуть контакты

    для алюминиевых и медных жил недопустимо. Следует воспользоваться клеммниками.

Получить корректные данные требуемого сечения можно делением суммы номинальных мощностей потребителей энергии на показатель напряжения. После этого не составит труда определиться с сечением, используя таблицы.

Расчет длительно допустимого тока кабеля

Избежать слишком большого повышения температуры можно только при грамотном выборе кабеля. Нужный рабочий режим обеспечивает оптимальное сечение проводника.

расчет допустимого тока с медными жилами

Для выполнения данного условия особую важность имеют два критерия – потеря в пределах нормы напряжения и допускаемая величина нагревания. Первый параметр сказывается на состоянии воздушных коммуникаций, а второй – на магистралях под землей.

Важно учитывать, сила тока Ip была сопоставима с аналогичной величиной по нагреву Iд. Таким образом обеспечивается соответствие конкретного показателя температуры проводника, протекающему в нем определенное время, любому току. Последний параметр представляет собой рассматриваемую нами величину.

расчет токов при разных темпратурах

В ходе расчета длительно допустимого тока кабеля принимается во внимание наибольшая положительная температура наружной среды. Базовое значение характеристики последнего значения в таблицах ПУЭ для установок в помещениях и на улице берется в пределах 250°С, и для подземной прокладки не менее 70-80 см – 150 градусов.

Важный нюанс – намного быстрее и проще воспользоваться таблицами допустимых значений, чем формулами. Подобный метод будет оптимальным при потребности уточнить приспособленность кабеля к воздействию на участке цепи номинальной нагрузки.

Условия теплоотдачи

Данный процесс протекает с максимальной эффективностью при находящемся во влажной среде кабеле. На параметры большое влияние имеют структура почвы и содержание в ней влаги.

теплоотдача медных жил кабеля в зависимости от сечения

Наиболее корректные результаты получаются при точном определении состава грунта с уточнением его показателей сопротивления при помощи специальных таблиц. При необходимости уменьшить теплоотдачу делается изменение структуры засыпки и ее трамбовка. К примеру, глина обладает большей теплопроводностью, чем гравий и песок. Из этого следует, что вместо камней и шлака гораздо целесообразнее воспользоваться суглинком и похожим материалами.

Минимальные значение токовых нагрузок применяются в ситуациях с расположением проводников в кабель-каналах и других вариантах воздушных линий. Оптимальным методом для нормальной эксплуатации будет расчет для работы и обычном длительном режиме, и в аварийном. Кабеля ПВХ могут выдержать короткое замыкание с допустимой температурой в 1200°С, а с бумажным слоем изоляции – до 2000 градусов.

Существует обратная пропорциональная зависимость между температурным сопротивлением проводника и показателями теплоемкости наружной среды. При этом есть разница в условиях охлаждения изолированных и не имеющих оболочки проводов.

Во время расчета важно предусмотреть снижение длительности токовой нагрузки в каждой линии при нахождении в общей траншее сразу нескольких кабелей.

Длительно допустимый ток по ПУЭ

Особая система правил разработана для обеспечения безопасности в ходе всех мероприятий, касающихся электроэнергии. Последнее 7-е издание ПУЭ предусматривает регламент всех рабочих процессов, условия монтажа, профилактического обслуживания, ремонта и обеспечения безопасности персонала. Подробно описаны требования по допустимому длительному току для множества вариантов с разным сечением, используемым металлом, видом кабеля, способом укладки.

Все документы по безопасности находятся в 3-ей главе в разделе№1. Здесь рассмотрены все значения допустимого тока в таблицах 3. 1. 7. 4 – 3. 1. 7. 11.

Более наглядно можно понять все нюансы нормативов ПУЭ при построении стандартной таблицы с выполнением выделения подсетей и вычислением для них по отдельности наибольшего значения тока и мощности.

Читайте так же:
Выключатель света под ретро

Таблица длительно допустимых токов для кабелей

Всегда следует помнить о порядке значимости определенных критериев при определении параметров сечения. Обычно следует определяться в такой последовательности:

  1. Основные технические характеристики и тип линии.
  2. Номинальная мощность рабочей нагрузки.
  3. Особенности тока.
  4. Планируемые к установке аппараты защиты.
  5. Подбор с учетом вышеуказанных факторов проводки.

Есть таблица, где указаны длительно допустимые токи для медных кабелей в изделиях с изоляционным слоем ПВХ, а также с другими видами покрытия.

расчет длительно допустимых токов для медных кабелей

На практике нередко отдается предпочтение алюминию, как более дешевому варианту монтажа. Для подобных случаев производится свой расчет, который определяет допустимый длительный ток для алюминиевого кабеля с необходимым уровнем параметров точности.

расчет допустимого длительного тока для алюминиевого кабеля

Вся изложенная в ПУЭ информация стала основой для составления таблиц для с множеством различных вариантов подбора нужных токопроводников, используемых для видео- и звуковых устройств, образцов с повышенной устойчивостью к возгораниям, кабелей речевого оповещения, стационарных линий на бытовых и промышленных объектах.

Petrem.ru

Всё о и для ремонта квартир и загородного строительства своими руками. На сайте вы найдете ответы на вопросы связанные с ремонтом квартиры, загородном строительсве которые вам помогут реализовать ваши мечты и сэкономить ваши деньги.

Длительно допустимый ток кабеля и его значение при выборе кабельной продукции

Во время обустройства систем электропитания внутри помещений промышленного и бытового назначения, в жилых домах и других постройках всегда рассчитывают примерную нагрузку электрической сети. Для чего это необходимо? Чтобы можно было рассчитать длительно допустимый ток кабеля и выбрать по данному параметру наиболее подходящий провод. Допустимые токи кабелей – одна из важнейших характеристик, которую используют электрики для прокладки медного провода.

Что такое предельный ток кабеля

Допустимая токовая нагрузка на проводники кабеля имеет два значения. То есть она может быть длительной или кратковременной. Электрический ток, проходя по жилам, нагревает их. Степень нагрева зависит от сечения жил, проходящего по ним тока, а также металла, который использовался для их изготовления. Материал изоляции, количество жил и то, каким образом проложен провод – эти факторы также влияют на предельно допустимые, переменные и постоянные, токи для проводов и кабелей.

Что случится, если токовые нагрузки на кабели превысят максимальные в течение длительного времени? Сильный нагрев проводников приведёт к тому, что изоляция начнёт плавиться, не выдержав такой температуры. Как результат – угроза пожара и короткое замыкание. Предельные значения токов зависят от изолирующего материала – есть такие, которые начинают плавиться уже при достижении температуры 65°С.

Длительно допустимый ток кабеля и его значение при выборе кабельной продукции

Как правило, допустимый длительный ток для кабелей меньше, чем во время кратковременной перегрузки. Два основных металла, которые применяют для изготовления силовых кабелей, – это алюминий и медь. Оба они широко доступны и имеют оптимальную, относительно недорогую, стоимость. Раньше эти материалы применяли в жилищном строительстве. Сегодня для проведения электромонтажных работ внутри капитальных построек допускаются к использованию только медные провода. Это отражено в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Такой подход связан с тем, что электропроводность меди гораздо лучше алюминия.

Другими словами, пропускная способность кабеля из меди выше, чем алюминиевого. Чтобы пропустить один и тот же ток, потребуется алюминиевый проводник большего сечения, чем медный. Соответственно, максимально допустимый ток для медных проводов больше, чем для алюминиевых такого же сечения. Алюминий имеет только одно преимущество – он более дешёвый. Но он не такой гибкий, как медный провод, и подвергается деформации в точках соединения.

Длительно допустимый ток кабеля и его значение при выборе кабельной продукции

Из таблицы 1 видно, насколько допустимые токовые нагрузки кабелей с медными жилами выше, чем у алюминиевых (первая буква «А» в маркировке). Кабели из 5 жил применяются для электропроводки трёхфазной сети, имеющей современную заземляющую систему TN-S. Содержат 3 фазных проводника, один нулевой и один заземляющий провод.

Как определяется площадь сечения

Большинство кабелей имеет круглую форму проводников. Выпускается также продукция с прямоугольным, треугольным и квадратным сечением жил. Эти шаги были предприняты для создания большего удобства прокладки. Например, для распределительных шкафов производят квадратные или прямоугольные шины, как самые удобные. Обычно кабель содержит маркировку, которая указывает количество жил и их сечение. Можно также вычислить это значение самостоятельно, чтобы определить допустимый длительный ток для кабелей той или иной марки.

Площадь круглого сечения определяется по формуле S = πd2/4, где S означает площадь, π – это знак «пи», равный приблизительно 3.14, d – диаметр жилы, который можно замерить точно штангенциркулем. Для квадрата способ расчёта очень прост – S = A2, где А – длина одной из сторон квадрата. Площадь прямоугольного сечения вычисляется так: S = A*B, обозначения А и В – длинная и короткая стороны прямоугольника. Если речь идёт о треугольной форме, имеющей форму сектора круга, то формула расчёта такая: S = πr2/3, где r – радиус.

Длительно допустимый ток кабеля и его значение при выборе кабельной продукции

Вычислив сечение жилы, зная марку, материал проводника и изоляции, можно определить по таблицам 1 или 2 допустимый длительный ток для кабелей. Сечение многожильных проводников посчитать труднее, но вполне возможно. Для этого нужно распушить кабельный конец, отделить один из проводников и замерить штангенциркулем его диаметр. После расчёта по вышеприведённой формуле для круглых жил результат умножается на их количество.

Читайте так же:
Драйвер тока для светодиодов самому

Если под рукой нет соответствующих таблиц, можно грубо определить, какой длительно допустимый ток для их медных проводов. Если, к примеру, сечение жилы из меди равно 1 мм2, она сможет без перегрева обеспечить прохождение тока величиной 10 А. 2 мм2 – 20 А и так далее. Но лучше длительно допустимый ток кабеля определять по соответствующими таблицам, особенно если дело касается многожильных проводников. Пропуская ток, они не только греются сами, но также греют друг друга. Поэтому предельную нагрузку уменьшают с соответствующими поправками.

Виды проводки

Чаще всего используется открытая проводка. Это означает, что выполняется прокладка кабеля по воздуху, по различным поверхностям, внутри труб или специальных колодцев, каналов. Если же провод проложен под штукатуркой, в воде, а также под землёй или внутри других конструктивных элементов, не дающих доступа воздуху, он нагревается сильнее.

Для того чтобы откорректировать максимальные значения по току, были вычислены поправки:

если провод с одной жилой протянут внутри трубы длиннее 10 м – Iнагрузки = Iпредельный * 0,94;
для трёх одножильных проводов, проложенных в одной трубе – Iнагрузки = Iпредельный * 0,9;
если кабель с защитным покрытием проложен под водой, Iнагрузки = Iпредельный * 1,3 – то есть вода хорошо охлаждает;
для 4-жильного кабеля с проводниками одинакового сечения – Iнагрузки = Iпредельный * 0,93.

Такие коэффициенты поправок справедливы как для жил из меди, так и для алюминиевых проводников. Пропуская через себя ток, проводник нагревается. Одновременно он отдаёт тепло окружающей среде при любом виде прокладки. Наступает момент, когда происходит баланс между нагревом и рассеиванием тепла. То есть температура проводника становится стабильной. Для того чтобы потери на нагрев были меньше, следует правильно подбирать сечение жил.

Длительно допустимый ток кабеля и его значение при выборе кабельной продукции

Для большинства жилых помещений выбирать поперечную площадь проводников не приходится. Как правило, для осветительных приборов достаточно 1,5 мм2, а для розеточных устройств – 2,5 мм2. Если же в квартире будет работать духовой шкаф, электроплита, бойлер, стиральная машина и другие мощные потребители энергии, к ним прокладывается провод отдельно. Для него выбираются жилы, исходя из потребляемой мощности. Устанавливаются также мощные розетки.

Как выбирается вводный кабель

Выбор вводного провода зависит от общей суммарной мощности электрооборудования, которое может быть подключено в квартире. При этом лучше учитывать определённый запас по мощности на будущее. Технический прогресс движется такими бурными темпами, что электроприборов различного назначения становится всё больше. Например, уже сейчас есть смысл оборудовать заправку в частном доме для электромобилей. Они приобретают сегодня огромную популярность, поскольку намного экономичнее своих бензиновых собратьев.

Зная мощность потребления, можно вычислить силу потребляемого тока, который должны выдерживать провода и кабели. На каждый прибор токовую нагрузку можно определить по формуле: I = P*Kодн/U. Коэффициент Кодн равен 0,75 и означает, что одновременно все приборы подключены быть не могут. По статистике, в любой момент времени будет потребляться максимум 3/4 от суммарной мощности всех приборов. Ниже, в таблице 4, приведены усреднённые значения мощности для популярных бытовых приборов.

Если посчитать, какова предельная длительная нагрузка на вводные провода и кабели, согласно таблице 4, получается 81 А = 0,75*23780 Вт/220 В. Таким образом, если определить поперечную площадь жилы, то она составит приблизительно 10 мм2, это довольно приличная величина. Причём эта величина справедлива только для одножильного провода. Для трёх проводников надо было бы выбирать 16 мм2 сечения.

Вполне вероятно, что невозможно будет обеспечить такой ток для квартиры, даже если использовать медные провода и шины большого сечения. Счётчик электроэнергии просто не потянет такую нагрузку. Кроме того, электроэнергия очень дорого обойдётся хозяевам из-за превышающих коэффициентов.

Длительно допустимый ток кабеля и его значение при выборе кабельной продукции

Популярная кабельная продукция

Среди проводов российского производства есть марки, наилучшим образом отвечающие современным требованиям к электропроводке. Широкая номенклатура позволяет подобрать определённую марку по допустимым токовым нагрузкам на жилы.

Провода этой марки производятся как в Европейском союзе, так и на территории РФ. К примеру, один из производителей – компания «Севкабель». Эта марка имеет очень неплохие характеристики, популярна из-за своей отличной гибкости, хорошего качества медных жил, а также изолирующих материалов. Полностью соответствует немецкому стандарту VDE 0250-204 Isolierte Starkstromleitungen – PVC-Installationsleitung NYM. Обычно на оболочках таких проводов печатают аббревиатуру , означающую соответствие друг другу разных стандартов. Это относится также к российским ТУ, совместимым с VDE. По ним как раз изготавливают NYM.

Кабельный провод производится с количеством жил от 1 до 7. Одножильный имеет профиль жилы площадью от 1,5 до 16 мм2. Если количество проводников – от 2 до 5, предлагаются варианты с сечением от 1,5 до 35 мм2. Для российских построек самые популярные – 3 и 5-жильные провода. Если в оболочке 7 жил, то может быть только два варианта – 1,5 или 2,5 мм2.

Читайте так же:
Дополнительная розетка для сетевого кабеля

Жилы изготовлены из меди, изолированы разноцветным полихлорвинилом. В многожильном исполнении присутствуют синий (нулевой проводник), а также жёлто-зелёный цвет (земля). Средний слой изоляции производится из полиальфаолефинов или из вулканизированной резины. Наружную оболочку делают из негорючего материала – пластиката ПВХ. Максимально допустимый ток для медных проводов можно посчитать по таблице 2. Примечательно, что минимальный радиус изгиба может равняться всего 4 диаметрам провода.

ВВГ, ВВГнг, ВВГнг-LS

Отечественный продукт, подходящий для электропроводки в современных квартирах. Он не так гибок, как NYM, это – его главный недостаток. Минимальный радиус изгиба одножильного провода – 7,5 диаметров. Для многожильных вариантов этот показатель равен 10. Количество проводников – от 1 до 5. Выпускается с медными и алюминиевыми жилами (к маркировке добавляется первая буква «А»).

Какую предельную нагрузку на жилы по току выдерживает кабель ВВГ? Допустимый длительный ток для кабелей с разным количеством жил представлен в таблице 5. Информация по 5-жильным проводам ВВГ есть также в таблице 1.

Длительно допустимый ток кабеля и его значение при выборе кабельной продукции

Производятся негорючие варианты ВВГнг и ограничивающие выделение дыма при возгорании – ВВГнг-LS. Изоляция проводников, а также наружная оболочка, изготовлены из поливинилхлорида. Негорючие варианты покрывают изоляционными ПВХ-пластикатами, не имеющими в своём составе галогенов.

Проводники также окрашены в разные цвета. Обязательными являются синий для нулевого проводника, а также – зелено-жёлтый для заземляющей жилы. Фазовые проводники могут окрашиваться разными цветами по усмотрению производителя. Одним из основных преимуществ этой марки является её невысокая цена.

ВБбШв, ВБбШвнг, ВБбШвнг-LS

Это – отечественный кабельный провод, снабжённый бронёй из двухслойной стальной ленты. Она намотана таким образом, что верхний слой перекрывает стыки нижнего. Проводники имеют одну жилу, также выпускаются в многожильном варианте. Количество медных проводников – от 1 до 5. Провод жёсткий, с одножильными проводниками, версия «нг» и «нг-LS» имеет минимальный радиус изгиба 15 диаметров. Простой ВБбШв, проводники которого состоят из 1 жилы, можно согнуть с радиусом от 10 диаметров.

Кабель имеет преимущество – его можно прокладывать в земле. Другие марки требуют защитных средств – например, труб. Максимальные токи для проводов и кабелей этой марки можно посмотреть в таблице 1. Проводники могут быть круглыми или иметь форму секторов.

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:

из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока. Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.

При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.

Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников

Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция. Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше. В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт. Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.

Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:

  • удельного сопротивления материала – ρ;
  • длины отрезка проводника – l;
  • площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.

Все четыре параметра связывает следующее соотношение:

очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.

Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).

Читайте так же:
Как собрать выключатель света schneider

Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.

Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм². Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м. Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.

Много это или мало, понятно из упомянутого выше закона Ома, так для потребителя с номинальным током всего 10 ампер, в приведенном примере падение напряжения составит 56 В, которые уйдут на обогрев улицы.

Конечно же, если нельзя уменьшить расстояние, следует выбрать сечение проводов большей площади, это касается и внутренних проводок, однако это ведет к увеличению затрат на кабельно-проводниковую продукцию. Оптимальным решением будет правильно рассчитать сечения проводов, учитывая максимальную допустимую нагрузку.

Смотрите также другие статьи :

К помещениям первой категории относятся сухие помещения с нормальными климатическими условиями, в которых отсутствуют любые из приведенных выше факторов. Такая характеристика может соответствовать, например складскому помещению.

На практике синусоидальные напряжения электрических сетей подвержены искажениям и вместо идеальной синусоиды на экране осциллографа мы видим искаженный, испещренный провалами, зазубринами и всплесками сигнал. Эти искажения следствие влияния гармоник – паразитных колебаний кратных основной частоте сигнала, вызванных включением в сеть нелинейных нагрузок.

Допустимый ток для медных проводов

Медный кабель

В некоторых случаях в качестве металла для проводников и кабелей используется алюминий, но, по большей части, это вызвано лишь стремлением снизить стоимость и массу, поскольку алюминий имеет меньший удельный вес и стоимость, но несравнимо худшие механические и химические свойства. Алюминиевые провода плохо поддаются пайке, поэтому при производстве продукции радио,- и электротехнического назначения, силовых кабелей преимущество имеет медь. Еще одно преимущество меди состоит в том, что она имеет большие допустимые токовые нагрузки из-за низкого удельного сопротивления и большей температуры плавления.

Определение допустимого тока

Имеется несколько критериев выбора максимального тока через проводники:

  • Тепловой нагрев;
  • Падение напряжения.

Данные параметры являются взаимосвязанными, и увеличение сечения проводников с целью уменьшения падения напряжения снижает и нагрев. В любой ситуации длительно допустимый ток подразумевает отсутствие критического нагрева, который может привести к деградации изоляции, изменению параметров как самого провода, так и близко расположенных элементов.

Тепловой нагрев

Величина тока связана с нагревом в соответствии с законом Джоуля-Ленца, названного так по именам первооткрывателей зависимости:

  • Q – количество теплоты, которое выделяется на проводнике;
  • R – сопротивление проводника;
  • I – ток, протекающий через проводник;
  • t – промежуток времени, в течение которого производится подсчет тепловыделения.

Из формулы следует, что чем больше сопротивление проводника, тем большее количество теплоты выделится на нем. На этом принципе построены нагревательные приборы с высокоомным нагревательным элементом. Нагреватель выполнен из провода, который, кроме высокого удельного сопротивления, имеет высокую температурную устойчивость (как правило, нихром). Температура меди намного ниже, поэтому существуют определенные условия, при которых нагрев медного проводника не будет выходить за допустимые пределы.

Падение напряжения

Для того чтобы представить влияние тока на падение напряжения, необходимо вспомнить закон Ома:

Согласно закону Ома, при протекании тока через проводник с сопротивлением R на нем образуется падение напряжения:

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

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

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.

Читайте так же:
Выключатель со светящейся клавишей

Допустимая плотность тока

Для упрощения расчетов и подбора требуемого провода принята такая величина, как плотность тока для меди и иных материалов. Плотность тока выражается в амперах на один квадратный миллиметр сечения.

Важно! Допустимая плотность тока определяется для площади сечения, а не диаметра провода. При маркировке монтажного провода обычно используется сечение, а обмоточного – диаметр. Для перевода диаметра провода в сечение нужно воспользоваться формулой S=π·d2/4 или определить его по таблице, взяв равное или ближайшее меньшее значение имеющегося диаметра.

Сечение популярного обмоточного провода ПЭВ-2

Сечение провода ПЭВ-2

Сечение провода ПЭВ-2

Выбирая сечение провода, нужно знать, что допустимый ток для медных проводов во многом зависит от условий охлаждения. Наличие свободного доступа воздуха улучшает охлаждение нагретых проводов, поэтому в самых неблагоприятных условиях находятся внутренние обмотки трансформаторов напряжения, электропроводка, смонтированная в штробах стен. Большое влияние на теплоотдачу имеет материал и толщина внешней изоляции силовых кабелей.

Расчетным путем установлены и подтверждены на практике допустимые значения плотности тока для медного провода, применяемого в обмотках электрических машин и электрической проводки, которые сведены в таблицу ниже.

Допустимые значения плотности тока на 1 мм² в медном проводе

Трансформаторы и электрические машиныЭлектропроводка
Внутренние обмоткиНаружные обмоткиСкрытаяНаружная
2-3 А3-5 А4 А5 А

Обратите внимание! Таблица дает только ориентировочные данные для предварительных расчетов. Более точные показатели допустимых значений для кабелей разных типов и условий эксплуатации приведены в нормативной документации, в частности в ПУЭ.

Нормативные значения сечения кабеля

Нормативные значения сечения кабеля

Пути повышения допустимого тока

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

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.

Последствия превышения тока

Чрезмерно высокий ток в медных проводах способен разогреть материал вплоть до температуры плавления. Разумеется, что подобная ситуация приведет к аварии или неработоспособности оборудования, но в некоторых случаях это является полезным.

Речь идет о плавких предохранителях. Основу их устройства составляет тонкая металлическая проволока, заключенная в огнеупорный изоляционный корпус. Толщина проволоки подобрана таким образом, чтобы ток определенной величины вызывал нагрев и перегорание проводника предохранителя. Наиболее часто используются плавкие вставки из цинка или меди.

Трубчатый предохранитель

Самое главное требование к плавкой вставке – строгое соответствие состава металла и его равномерный диаметр проводника по всей длине. Состав важен для стабильности температуры плавления. Наличие неравномерности по длине провода может вызвать локальный перегрев в месте сужения и перегорание предохранителя при токе, меньше номинального. Исходя из этих условий, провод для предохранителей выпускается с повышенным контролем и называется калиброванным.

Выполнение изложенных требований по допустимому току в проводниках позволяет продлить срок нормальной эксплуатации конструкций и электрооборудования, свести к минимуму риск возникновения поломок и аварий.

Видео

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector