Токовая нагрузка по сечению кабеля
Токовая нагрузка по сечению кабеля
При проектировании электрических сетей или подобных систем особое внимание уделяется правильному выбору кабелей, который традиционно оценивается стандартными размерами содержащихся в них проводов. Эффективный подход к такому выбору требует учета допустимой в данной цепи токовой нагрузки (иными словами, потребляемой или рассеиваемой в ней мощности), которая напрямую зависит от выбранного провода. Для выражения этой зависимости используется классический амперметр, как показано на рисунке ниже. В нем указывается тип жилы и сечение одножильных или многожильных кабелей, а также максимальное значение тока, которое они способны пропустить через себя без угрозы перегрева и последующего повреждения.
В этом случае специалисты обсуждают, какая нагрузка допускается на кабель без опасных последствий, а используемые при этом данные сводятся в действующую таблицу нагрузок для сечений медных кабелей. Для пояснения представленных здесь понятий, порядок их введения и их связь с конкретными физическими величинами будут рассмотрены ниже.
Основные понятия
Сечение провода
Необходимость правильного выбора сечения каждого провода, входящего в схему, определяется следующими требованиями. Фактически правильно рассчитанная токовая нагрузка на сечение кабеля позволяет без проблем эксплуатировать схему длительное время и быть полной уверенностью, что она не выйдет из строя в самый неподходящий момент.
Под термином «сечение провода» в электротехнике понимают его поперечные стандартные размеры, рассчитываемые в простейшем случае по классическим формулам (см рисунок ниже).
формула для определения сечения
Для простоты значения, содержащиеся в этой записи, указаны для круглого одножильного провода. Они означают следующее:
- d — диаметр неизолированной жилы провода, мм;
- S — площадь, измеряемая в квадратных миллиметрах.
Уведомление! Эта формула подходит для подбора одножильного провода, но в реальных условиях работы применяется редко.
на практике для расчета общего сечения обычно используется n жил, что требует другой формулы. Как показано ниже (то же имя).
Формула расчета многожильного провода
Согласно данным таблицы нагрузки кабеля, допустимое значение тока в жиле типоразмером 1 мм2, например, для алюминиевого провода составляет 4 ампера, а для медного провода равно 10 ампер (при размещении в трубе).
Следовательно, для тока 10 Ампер потребуется медный провод единичной площадью сечения 1 квадратный метр мм (коэффициент пересчета – 10). На этом соотношении основаны все приблизительные расчеты параметров цепи тока. Далее мы рассмотрим еще один важный параметр, называемый плотностью тока (он имеет непосредственное отношение к этой теме).
Плотность тока
Определение этого показателя проводника очень просто: он рассчитывается в амперах на единицу сечения. При рассмотрении факторов, влияющих на плотность тока в кабелях, в первую очередь следует подчеркнуть способ прокладки проводов (открытые и скрытые провода). В первом варианте допускается более высокий показатель плотности из-за лучших условий теплообмена с окружающей средой.
В скрытом или закрытом исполнении провода, помещенные и заключенные в пазы, практически не контактируют с атмосферой, а их теплопередача сводится к минимуму. То же самое касается кабелей, помещенных в специальные защитные короба или кабель-каналы. При выборе параметров проводов, прокладываемых в этом случае, необходимо внести определенные поправки, учитывающие отсутствие рассеивания тепла в атмосферу.
Читайте также статью: Как вырастить сирень из семян в домашних условиях на рассаду
Этот метод выбора проводов позволяет учитывать невидимые факторы, независимо от того, какая нагрузка подключена к данной линии или сети.
В бытовых условиях качественно выполнить тепловые расчеты практически невозможно, поэтому на практике они сводятся к выбору наиболее уязвимого элемента системы и учету его параметров для расчета общей плотности.
Для справки. Внесенные в этом случае изменения действительны только в том случае, если температура окружающей среды также учитывается при ее максимальном значении.
Во всех таблицах, рассмотренных ранее, характеристики потребляемой мощности и тока нагрузки указаны при нормальной комнатной температуре. С другой стороны, большинство современных кабельных изделий с изоляцией из ПВХ или полиэтилена можно использовать при нагреве до 70-90°С.
Примеры вычисления
для примера рассмотрим конкретный случай нагрузки мощностью до 4 кВт (4000 Ватт) при напряжении сети 220 В. В этом случае ток, протекающий по нему, составляет 4000/220 = 18,18 Ампер, и для нормальной работы питающего кабеля достаточно, чтобы он состоял из одножильного медного провода сечением 18,18/10 = 1,818 квадратные метры мм (10 – коэффициент пересчета).
Важно! В рассмотренном примере провод будет использоваться на пределе своих возможностей, поэтому необходим определенный запас по сечению не менее 15 %.
В итоге получаем около 2,08 кв.м., и выбрав с помощью специальной таблицы ближайшее нормированное значение, берем проволоку 2,0 кв.м мм.
Если вы хотите узнать, сколько киловатт может отдать провод сечением 2 м² и 5 м² при токовой нагрузке, вы можете воспользоваться другим сводным файлом, который специалисты называют «измерителем мощности». Обычно он представлен в сочетании с амперметром (см изображение ниже).
отсюда находим, что для участка площадью 2,5 кв мм, то разрешенная мощность будет равна 4,6 кВт (на 21 Ампер), что очень близко к расчетному показателю 2,0 кВт мм.
Видео: Допустимые токовые нагрузки кабелей
Уведомление! Эти характеристики действительны только для одного медного проводника, независимо от других проводников, проложенных в металлическом кабелепроводе.
Цифры будут различаться в зависимости от других условий прокладки и материалов проводов, например алюминия.
Многожильный кабель
Для комбинированного кабеля, состоящего из нескольких медных жил, расположенных близко друг к другу, расчеты максимальной нагрузки (ее текущего значения) и мощности будут выглядеть иначе. Это связано с тем, что когда отдельные проводники расположены близко друг к другу, их тепловые поля перекрываются. В результате максимальный ток в нагрузке и показатель мощности имеют меньшие значения (ниже фото многожильного кабеля).
в качестве примера рассмотрим, сколько киловатт тока может выдержать квадратный кабель 3х4. Многожильный провод состоит из 3-х жил сечением 4 квадратных метра. Каждый мм способен выдерживать ток до 27 ампер и мощность нагрузки до 6 кВт в соответствии с таблицами тока, мощности и нагрузки.
то же самое касается мощности кабеля (кВт), которая выбирается по той же таблице. Эти изделия рассчитаны на большие токи и обычно используются для подключения энергоемких потребителей, таких как:
- Отечественное энергетическое оборудование (насосы, электродвигатели и т.п.);
- Стиральная машина и электроплита (духовка);
- Автоматические системы управления раздвижными дверями и другими механизмами.
Многожильная кабельная продукция широко применяется при прокладке электропроводки в квартирах и частных домах и рассчитывается по одной и той же таблице (вообще, это таблица нагрузок).
Длительно допустимые токи
Еще одним фактором, который необходимо учитывать при выборе сечения провода, шины или кабеля, является тепло, выделяемое протекающим электрическим током, которое изменяет свойства большинства проводящих материалов. Чрезмерный нагрев не только постепенно разрушает изоляционный слой, но и приводит к разрушению существующих контактных соединений, что со временем может иметь необратимые последствия.
Максимальный ток, соответствующий максимальной температуре нагрева проводника или контактного соединения, называется долговременно допустимым. Ее значение для каждой конкретной цепи зависит не только от материала провода, но и от его сечения, типа изоляции и условий охлаждения.
Длительно допустимая температура нагрева проводника, соответствующего этому току, находится в пределах от 50 до 80 градусов Цельсия (ее конкретное значение зависит от типа изоляции и приложенного напряжения).
Дополнительная информация. Второй из этих параметров можно получить по вольтметру, который обычно совмещают со всеми табличными данными, рассмотренными ранее.
В последней части этого раздела отметим, что при выполнении практических расчетов тепловых режимов следует использовать готовые таблицы.
Обычно они представляют собой данные о долговременно допустимых значениях тока, определяемых скоростью нагрева медных или алюминиевых жил при различных условиях монтажа (в трубах, на открытом воздухе, на воздухе или под землей).
Читайте также статью: Польская TV антенна: описание, характеристика и модернизация
