При подключении электроприборов к питающей сети одним их главных условий является подбор кабеля или провода подходящего сечения. Но иногда случается так, что у вас уже есть какой-то проводник, и вы не уверены подойдёт ли он для конкретной задачи.
Если подключить слишком большую нагрузку на кабель, то он будет греться, а может и вовсе перегреться. Из-за этого оплавится изоляция, что опасно коротким замыканием, поражением электрическим током и возгоранием. Отсюда возникает вопрос: "как узнать какую мощность выдерживает кабель или провод?". Давайте разбираться!
Что влияет на допустимую мощность?
Сразу стоит отметить что сечение и мощность кабеля в принципе не связаны между собой. Для проводника решающую роль играет допустимый длительный ток. Эти величины описаны в ПУЭ раздел 1, глава 1.3. Дело в том, что если он выдерживает ток 16А, то в сети 220В это 3.5 кВт, для 380В - это 10 кВт, а в сети 12В это всего 192Вт. Поэтому говорить о допустимой мощности для кабеля разумно говорить лишь в контексте заведомо известного напряжения.
Чтобы перевести киловатт в ватты нужно просто разделить кВт на 1000.
Чтобы перевести Ватты в Амперы нужно Ватты разделить на напряжение в вольтах.
А для трёхфазной сети то разделить ещё и на 1.73 (корень из 3) и на CosФ.
CosФ – коэффициент мощности, указывается на табличке расположенной на корпусе большинства электроприборов.
Таблица сечений провода и допустимый ток
Есть специальные таблицы, в которых описано соответствие сечения кабеля, тока, напряжения и мощности. Но информация в них не всегда справедлива для подбора кабелей.
Если для расчётов квартирной электропроводки, где длина линии редко превышает 15-20 метров между крайними точками, а температура окружающей среды обычно около 20-25 градусов, это ещё справедливо...
Но представим ситуацию, когда вы собрались ставить забор на участке частного дома, и придется использовать электроинструмент при его монтаже и сварочный аппарат, еще и бетономешалку, да к тому же на улице жара на солнце далеко за 30 градусов Цельсия. Тогда вам нужен хороший удлинитель, чтобы подключить его в гараже или в доме, а работать будете по всему периметру участка.
Я думаю, что это знакомая для вас ситуация.
Все вышесказанное включало в себя ряд факторов влияющих на то, какую мощность выдержат кабеля, а именно:
1. Длина линии.
2. Температура окружающей среды и самого проводника.
Оба фактора влияют на сопротивление кабеля, а оно, в свою очередь, на потери мощности и нагрев проводника. Если выбрать проводник со слишком малым сечением для этой мощности, то под нагрузкой напряжение на его конце просядет. Нежелательно допускать потери более 3-5%. В цепях освещения допустимо 10% падения напряжения.
Сопротивление, длина, материал, температура как связаны?
Сопротивление проводника определяется по формуле
R=ро*L/S
Где Ро - удельное сопротивление металла Ом*кв.мм/м, L - длина в метрах, S - площадь поперечного сечения в кв. мм.
Например, удельное сопротивление Ро у меди 0.018, а у алюминия 0.029. Поэтому, вы могли видеть в таблице выше, что при одинаковом сечении медный проводник выдержит больший ток, чем алюминиевый. Это связано с потерями, о них поговорим ниже.
Также в формуле фигурируют ещё две величины - длина и площадь поперечного сечения. Чем больше длина и чем меньше площадь поперечного сечения, тем больше сопротивление. Соответственно с увеличением сечения при постоянной длине сопротивление падает, также и с уменьшением длины.
Есть интересная аналогия с автомобильной дорогой: чем больше полос для движения в одном направлении, тем быстрее едут автомобили, а если автомобилей много (большой ток) и есть всего по одной полосе в каждую сторону, то они будут толкаться в пробке.
У металлов с ростом температуры повышается и сопротивление, соответственно снижается проводимость, если объяснить простыми словами, то это связано с тем, что при нагреве частицы в металле и носители зарядов начинают хаотичное движение, из-за чего чаще сталкиваются.
Потери
Подведем небольшие итоги, от чего зависят потери:
1. Материал кабеля (алюминий или медь).
2. Длина линии.
3. Площадь поперечного сечения.
4. Температура окружающей среды.
5. Прокладка нескольких кабелей в одной трубе. В таком случае нет условий для их охлаждения, к тому же температуры соседних кабелей влияют друг на друга худшим образом.
Подбирать кабель нужно так чтобы итоговые потери были как можно меньшими. В идеале до 3-5%. В крайнем случае, если других вариантов нет, то до 10%. Ведь, при напряжении в сети 220 вольт 10% - это уже 22В потерь и 192В на выходе, при условии что сеть и без того не просажена. А при токе хотя бы в 10А это 220Вт потерь только на проводах. Это описано в ГОСТ 721 и ГОСТ 21128.
Сечение
Перейдем к сути вопроса "Как узнать мощность, которую выдержит кабель?". Исходя из вышесказанного, следует определить сечение проводника. Для этого нужно измерить его диаметр. Удобнее и быстрее это сделать штангенциркулем. Этот способ подойдёт для любых сечений и проводов.
Если провод с однопроволочной (монолитной) жилой, то нужно просто измерить её диаметр. Если жила гибкая многопроволочная - меряют диаметр одной проволоки, находят её площадь и умножают её на общее количество жил в проводе. Так находят общее поперечное сечение кабелей и проводов.
Чтобы вычислить поперечное сечение по диаметру, нужно возвести его в квадрат, и умножить на 0.785.
Как измерить диаметр кабеля линейкой?
Для толстых кабелей особой проблемы нет, нужно просто приложить линейку к жиле, но с тонкими кабелями так сделать не получится. Поэтому воспользуйтесь следующим способом.
Нужно плотно намотать на отвёртку или другой продолговатый предмет витков 10 провода, а затем измерить линейкой длину получившейся спирали и разделить её на количество витков. Для определения сечения тоненькой жилки из многопроволочной жилы придётся намотать больше витков 30-50, чтобы было удобнее измерять.
Когда вы уже знаете площадь поперечного сечения жил кабеля, можно заглянуть в таблицу и узнать её допустимый ток. Если линия не длинная (до 10 метров) и ток больше тока предполагаемой нагрузки, то можно смело его использовать.
Как упростить расчёты?
Чтобы избежать расчётов потерь и сечений можно воспользоваться онлайн калькуляторами или приложениями для смартфонов, тем более они работают в оффлайн режиме и он всегда с вами. К примеру, для пользователей ОС Android есть приложение "Мобильный Электрик" в нем есть функции:
1. Расчёта сопротивления проводника при известном: материале, сечении, длине и температуре.
2. Расчёта длины проводника при известных: сопротивлении, температуры и сечении.
3. Расчёта сечения при известных: длине, напряжении, допустимых потерях, материале жилы токе и температуре.
4. Расчёта максимальной длины проводника при известных: напряжении, допустимых потерях, материале жилы, токе и температуре. И другие.
Они позволят оценить допустимую мощность и подобрать нужный провод для конкретной мощности.
Кроме этого приложения есть и другие я рассмотрел то, чем пользуюсь сам в работе.
Заключение
Подведем итоги. Чтобы узнать выдержит ли кабель или провод нагрузку нужно определить:
1. Материал, из которого изготовлены жилы.
2. Их сечение.
3. Длину линии.
4. Ток нагрузки.
После чего произвести расчёты или воспользоваться калькуляторами.
