сила тока площадь сечения сила тока и площадь поперечного сечения
Принимая решение на монтаж электропроводки в квартире или частном доме, а также во время проведения ремонта, важно знать, какой проводник можно использовать. Стандарты, зафиксированные и утвержденные руководящими документами, определили, что все расчеты должны быть исполнены с учетом максимально допустимой нагрузки, величиной в 25 ампер. Именно на такую расчетную силу тока обращают внимание специалисты при выборе автоматического выключателя (в просторечье – предохранителя), устанавливая деталь на вводе в квартиру.
Есть еще один важный параметр, определенный в Правилах эксплуатации электроустановок. В соответствии с ПУЭ минимальное сечение электропроводки, используемой в частной квартире (загородном доме), не может быть меньше 2,5 мм². Данный параметр соответствует диаметру медного провода в 1,8мм. Сила тока, протекающая в электропроводке, может достигать 15 ампер, что позволяет практически без ограничений подключать бытовую технику и электроприборы, суммарная мощность которых не превышает 3,5 кВт.
Правильный подход
Несомненно, сила тока и площадь поперечного сечения проводника – важнейшие параметры. Точный расчет и правильный монтаж позволит легко и безопасно эксплуатировать коммуникацию в течение длительного времени, пользуясь осветительными устройствами и стандартными бытовыми приборами практически без ограничений.
Если не учитывать зависимость сечения от силы тока и взять слишком толстый кабель (с запасом), то стоимость монтажа или ремонта электропроводки существенно возрастет. Следовательно, сметный план придется корректировать и изыскивать новые источники финансирования. Стоимость кабеля напрямую зависит от толщины каждой токопроводящей жилы и этот параметр необходимо принимать во внимание обязательно.
Другой вариант, когда пользователи не смотрят на соотношение силы тока и диаметра сечения провода и устанавливают слишком тонкий кабель, также приводит к последствиям, причем – более опасным и тяжелым.
При подключении большого количества потребителей, тонкий кабель будет сильно нагреваться, что может привести (в случае несрабатывания защиты) к перегоранию, короткому замыканию, и даже пожару, опаснейшему явлению, приводящему к серьезным разрушениям и тяжелым последствиям.
Самый правильный вариант чтобы безупречно определить зависимость силы тока от сечения провода можно найти в таблице, где приведены все вышеперечисленные параметры, в строгом соответствии с ПУЭ.
Что такое сечение кабеля
Чтобы можно было определить зависимость площади сечения от силы тока, необходимо разобраться, что считается сечением кабеля. Фактически – это площадь, которая получается на поверхности проводника при поперечном его разрезе.
Если в кабеле всего один провод, то площадь сечения можно найти, используя простую геометрическую формулу, позволяющую рассчитать площадь круга в зависимости от длины окружности. Если же в пучке два и более проводника, то общую площадь сечения находят путем умножения площади одного проводника на общее количество проводников в пучке.
Для того чтобы пользователям было легче производить все необходимые расчеты, применять электропроводку разных фирм-изготовителей и оперативно вычислять зависимость сечения провода от силы тока, во всех странах мира величины сечения приведены к единому стандарту.
Дополнительные условия
Чтобы не заставлять электриков и инженеров постоянно вести расчеты, вычисления силы тока через площадь поперечного сечения и наоборот, а также в целях единой стандартизации, для определения типа кабеля в каждом конкретном случае рекомендуется пользоваться специально разработанными и утвержденными таблицами. Это, кроме всего прочего, позволит исключить фактор человеческой ошибки при проведении и непосредственного расчета.
Важное дополнение: если планируется осуществить монтаж электропроводки в закрытом, замкнутом пространстве, необходимо обеспечить определенное уменьшение токовых нагрузок на кабель. Все дело в том, что в противном случае, кабель такой будет достаточно сильно нагреваться, а процесс тепловой отдачи в стене или под землей протекает намного медленнее, по сравнению с открытым пространством.
Общее соотношение силы тока и сечения проводника
Соответственно, можно сделать вывод, что зависимость здесь прямо пропорциональная: увеличение сечения проводника позволяет направлять ток большей силы к потребителям.
Таблица допустимых токов по сечениям проводов
Любое проведение капитального ремонта связано с заменой или модернизацией электропроводки. Перед проведением разводки и монтажа электрики в квартире или доме необходимо разработать проект электроснабжения и учесть все характеристики материалов, которые будут использоваться.
Одним из важных моментов является выбор толщины всех проводников токоведущих кабелей. Перед началом электромонтажных работ требуется учитывать зависимость сечения провода от силы тока, а значит, и предполагаемой нагрузки по току на каждую линию, наряду с ее длиной и сопротивлением изоляции. При недостаточном диаметре фронтальной проекции жил, происходит нагревание металла, что в критических ситуациях может привести к плавке изоляционного материала и возгоранию. Длину электролиний принимают во внимание в основном при первоначальном подключении объекта от столба или распределительного щита. Сопротивление изоляции предусматривается производителем, требуемое сечение определяет пользователь.
Алгоритм выбора электропроводки
- Определение системы электроснабжения — однофазной или трехфазной, соответственно, выбираются вводные и промежуточные кабели, трехжильные или пятижильные.
- Установление потребляемой мощности каждого отдельного направления схемы прокладки проводки, в соответствии с разработанным проектом.
- Вычисление максимально возможной силы тока в каждой линии электропитания.
- Выбор защитных устройств и автоматов, их номиналов для каждой группы. В соответствие с рассчитанным проектом, по принципу необходимости и достаточности вся разводка включает определенное количество групп (отдельных линий) для равномерного распределения потребляемой электроэнергии.
- Подбор кабелей групп, в каждой из которых определяется токовая нагрузка на провода по сечению (таблица 1).
Таблица 1 зависимость сечения кабеля от нагрузки
| Медные жилы проводов и кабелей | ||||
| Сечение токопроводящей жилы, мм2 | Напряжение, 220 В | Напряжение, 380 В | ||
| ток, А | мощность, кВт | ток, А | мощность, кВт | |
| 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 | 33,0 |
| 16 | 85 | 18,7 | 75 | 49,5 |
| 25 | 115 | 25,3 | 90 | 59,4 |
| 35 | 135 | 29,7 | 115 | 75,9 |
| 50 | 175 | 38,5 | 145 | 95,7 |
| 70 | 215 | 47,3 | 180 | 118,8 |
| 95 | 260 | 57,2 | 220 | 145,2 |
| 120 | 300 | 66,0 | 260 | 171,6 |
Расчет потребляемой мощности и силы тока
Электрическая мощность рассчитывается для каждой группы отдельно.
Этот показатель прикидывается еще на стадии разработки проекта электроснабжения. Например, для стандартной кухни требуется до трех групп. Рассматривается сколько и каких электроприборов планируется подключать в каждую линию.Номиналы мощности можно посмотреть в технических описаниях или на корпусе. Если по какой-то причине эти данные отсутствуют, то средние показатели на основные виды бытовой техники перечислены в таблице 2.
Таблица 2 мощность бытовых приборов и освещения таблица
| № | Наименование | Мощность | Примечания |
| Освещение | |||
| 1. | Лампа накаливания | 60 Вт/75 Вт/100 Вт | |
| 2. | Лампа энергосберегающая | 7 Вт/9 Вт/11 Вт | |
| 3. | Точечный светильник (галогеновые лампы) | 10 Вт/20 Вт/35 Вт/5 0Вт | |
| Электроплита | |||
1. | Независимая варочная панель | 6600 Вт | BOSCH – стеклокерамика |
| 5800 Вт | ZANUSSI – 4 конфорки | ||
| 7000 Вт | ZANUSSI – 4 простые +2 индукторные конфорки | ||
| 2. | Независимый духовой шкаф | 3000 Вт | AEG – 51 литр |
| 3500 Вт | ELECTROLUX – 50 литров | ||
| 3500 Вт | ARISTON – 56 литров | ||
| 3. | Зависимый духовой шкаф | 10800 Вт | ELECTROLUX – 9 режимов |
| 10100 Вт | ZANUSSI | ||
| 4. | Встраиваемый комплект HANSA | ||
| Конфорки (2,2+1,2+1,2+1,8) кВт | =6400 Вт | ||
| Духовка | |||
| Нижний нагрев: | 1300 Вт | ||
| Верхний нагрев: | 900 Вт | ||
| Гриль: | 2000 Вт | ||
| Конвекция: | 4 Вт | ||
| Освещение: | 25 Вт | ||
Общая мaкс. мощность | 10629 Вт | ||
| 5. | Грили, грили-барбекю, грили-шашлычницы | 1300 Вт – 1700 Вт | |
| 6. | Вытяжка | 240 Вт-300 Вт | |
| 7. | Кухонные комбайны | 450 Вт, 750 Вт, 800 Вт | |
| 8. | Соковыжималка | 25–30 Вт | |
| 9. | Микроволновые печи без гриля | 800-900 Вт | |
| 10. | Микроволновые печи с грилем | 2400 Вт | |
| 11. | Посудомоечная машина | 2200 Вт | |
| 12. | Тостеры, ростеры | 850–950 Вт | |
| 13. | Миксеры | 350–450 Вт | |
| 14. | Пароварки встраиваемые | 2200–2500 Вт | |
| 15. | Пароварки настольные | 850–950 Вт | |
| 16. | Аэрогрили | 1300 Вт | |
| 17. | Яйцеварка | 400 Вт | |
18. | Стиральная машина | 2200 Вт | |
| 19. | Электрочайник | 2200–2400 Вт | |
| 20. | Холодильник | ||
| Класс энергопотребления «А» | 160 Вт | AEG – 280 литров | |
| 90 Вт | BOSCH – 279 литров | ||
| 21. | Морозильная камера | 100–120 Вт |
Следует выбирать максимально возможные значения, которые нужно учесть при выборе проводки, так же как и зависимость сечения кабеля от нагрузки (таблица 1).
Общая мощность складывается из каждой по отдельности P=P1+P2+P3+…Pn.
Вычисление силы тока производится по формулам:
- для однофазной сети I=P/220
- для трехфазной сети I=P/(√3×380)
При проведении расчетов электротока и сечения проводов вводного кабеля, общая потребляемая мощность умножается на коэффициент 1,5 для обеспечения некоторого резерва.
Если он проложен скрыто, толщина жил увеличивается в полтора раза.
Выбор толщины проводника
Зная значения мощности электрической нагрузки и силы тока, можно определить величину сечения жил электрокабеля каждой группы, для чего используется таблица допустимых токов по сечениям проводов. Значение силы тока следует округлять в сторону увеличения.
Пропускная способность кабеля позволяет, при поддержании температуры в допустимых пределах до 65°С, пропускать через один квадратный миллиметр площади сечения – 10 А электрического тока, это если используется медь в проводнике. Допустимый ток для алюминиевых проводов – 8 А/мм². Эти показатели справедливы для открытой проводки. В случае монтажа в коробах, трубах, стенах, потолках или стяжке, они умножаются на коэффициент 0,8. Таким образом, формула для определения площади сечения медного электропровода выглядит так:
S=I/(10×0,8)=I/8
Нужно подчеркнуть, что открытая силовая проводка в большинстве случаев выполняется с поперечным сечением проводника от 4 мм², принимая во внимание износоустойчивость изделия.
Алюминиевый кабель в настоящее время, согласно ПУЭ (Правилам устройства электроустановок), для прокладки внутренних силовых сетей в капитальных строениях не используется. При электромонтаже в современных квартирах, в стандартных условиях, используется проводка для освещения – сечением 1,5 мм², для питания электроприемников посредством розеток – 2,5 мм².
В настоящее время существует огромное множество производителей электрооборудования. Не желательно из-за экономии средств, приобретать самые недорогие образцы. Рабочий номинал может быть до 7% ниже заявленного, для проверки нужно брать с собой в магазин штангенциркуль. Измерить диаметр одной жилы (D), и высчитать площадь среза (S) по формуле S=3.14x(D/2)2. Самые надежные представители электрокабельной продукции для внутреннего монтажа – это модификации ВВГ (п – плоский разрез, з – ПВХ или резиновая изоляция, нг – нераспространение горения, LS – малое испускание дыма при горении), выполненные с использованием стандарта ГОСТ и зарубежный аналог NYM.
Если все-таки нет полной уверенности в своих силах, желательно обратиться за помощью к профессионалам, в этом случае будет полная гарантия надежности и безопасности.
Расчёт сечения кабеля по мощности и току: формулы и примеры
Вы планируете заняться модернизацией электросети или дополнительно протянуть силовую линию на кухню для подключения новой электроплиты? Здесь пригодятся минимальные знания о сечении проводника и влиянии этого параметра на мощность и силу тока.
Согласитесь, что неправильный расчёт сечения кабеля приводит к перегреву и короткому замыканию или к неоправданным расходам.
Очень важно провести вычисления на стадии проектирования, так как выход из строя скрытой проводки и последующая замена сопряжена со значительными издержками. Мы поможем вам разобраться с тонкостями проведения расчетов, чтобы избежать проблем при дальнейшей эксплуатации электросетей.
Чтобы не нагружать вас сложными расчетами, мы подобрали понятные формулы и варианты вычислений, привели информацию в доступном виде, снабдив формулы пояснениями..jpg)
Также в статью добавили тематические фото и видеоматериалы, позволяющие наглядно понять суть рассматриваемого вопроса.
Расчет сечения по току
Расчеты необходимого сечения по току и мощности кабелей и проводов представят более точные результаты. Такие вычисления позволяют оценить общее влияние различных факторов на проводники, в числе которых тепловая нагрузка, марка проводов, тип прокладки, условия эксплуатации т.д.
Весь расчет проводится в ходе следующих этапов:
- выбор мощности всех потребителей;
- расчет токов, проходящих по проводнику;
- выбор подходящего поперечного сечения по таблицам.
Для этого варианта расчёта мощность потребителей по току с напряжением берется без учета поправочных коэффициентов. Они будут учтены при суммировании силы тока.
Этап #1 — расчет силы тока по формулам
Тем, кто подзабыл школьный курс физики, предлагаем основные формулы в форме графической схемы в качестве наглядной шпаргалки:
«Классическое колесо» наглядно демонстрирует взаимосвязь формул и взаимозависимость характеристик электрического тока (I — сила тока, P — мощность, U — напряжение, R — радиус жилы)
Выпишем зависимость силы тока I от мощности P и линейного напряжения U:
I = P/Uл,
Где:
- I — cила тока, принимается в амперах;
- P — мощность в ваттах;
- Uл — линейное напряжение в вольтах.
Линейное напряжение в общем случае зависит от источника электроснабжения, бывает одно- и трехфазным.
Взаимосвязь линейного и фазного напряжения:
- Uл = U*cosφ в случае однофазного напряжения.
- Uл = U*√3*cosφ в случае трехфазного напряжения.
Для бытовых электрических потребителей принимают cosφ=1, поэтому линейное напряжение можно переписать:
- Uл = 220 В для однофазного напряжения.
- Uл = 380 В для трехфазного напряжения.
Далее суммируем все потребляемые токи по формуле:
I = (I1+I2+…IN)*K*J,
Где:
- I – суммарная сила тока в амперах;
- I1..IN – сила тока каждого потребителя в амперах;
- K – коэффициент одновременности;
- J – коэффициент запаса.
Коэффициенты K и J имеют те же значения, что были применены при расчете полной мощности.
Может быть случай, когда в трехфазной сети через разные фазные проводники течет ток неравнозначной силы.
Такое происходит, когда к трехфазному кабелю подключены одновременно однофазные потребители и трехфазные. Например, запитан трехфазный станок и однофазное освещение.
Возникает естественный вопрос: как в таких случаях рассчитывают сечение многожильного провода? Ответ прост — вычисления производят по наиболее нагруженной жиле.
Этап #2 — выбор подходящего сечения по таблицам
В правилах эксплуатации электроустановок (ПЭУ) приведен ряд таблиц для выбора требуемого сечения жилы кабеля.
Проводимость проводника зависит от температуры. Для металлических проводников с повышением температуры повышается сопротивление.
При превышении определенного порога процесс становится автоподдерживающимся: чем выше сопротивление, тем выше температура, тем выше сопротивление и т.д. пока проводник не перегорает или вызывает короткое замыкание.
Следующие две таблицы (3 и 4) показывают сечение проводников в зависимости от токов и способа укладки.
Таблица 3. Первое, необходимо выбрать способ укладки проводов, от этого зависит, на сколько эффективно происходит охлаждение (+)
Кабель отличается от провода тем, что у кабеля все жилы, оснащенные собственной изоляцией, скручены в пучок и заключены в общую изоляционную оболочку. Более подробно о различиях и видах кабельных изделий написано в этой статье.
Таблица 4. Открытый способ указан для всех значений сечения проводников, однако на практике сечения ниже 3 мм2 открыто не прокладывают по соображениям механической прочности (+)
При использовании таблиц к допустимому длительному току применяются коэффициенты:
- 0,68 если 5-6 жил;
- 0,63 если 7-9 жил;
- 0,6 если 10-12 жил.
Понижающие коэффициенты применяются к значениям токов из столбца «открыто».
Нулевая и заземляющая жилы в количество жил не входят.
По нормативам ПЭУ выбор сечения нулевой жилы по допустимому длительному току, производится как не менее 50% от фазной жилы.
Следующие две таблицы (5 и 6) показывают зависимость допустимого длительного тока при прокладке его в земле.
Таблица 5. Зависимости допустимого длительного тока для медных кабелей при прокладке в воздухе или земле
Токовая нагрузка при прокладке открыто и при углублении в землю различаются. Их принимают равными, если прокладка в земле проводится с применением лотков.
Таблица 6. Зависимости допустимого длительного тока для алюминиевых кабелей при прокладке в воздухе или земле
Для устройства временных линий снабжения электроэнергией (переноски, если для частного пользования) применяется следующая таблица (7).
Таблица 7. Допустимый длительный ток при использовании переносных шланговых шнуров, переносных шланговых и шахтных кабелей, прожекторных кабелей, гибких переносных проводов. Применяется только медных проводников
Когда прокладка кабелей производится в грунте помимо теплоотводных свойств необходимо учитывать удельное сопротивление, что отражено в следующей таблице (8):
Таблица 8. Поправочный коэффициент в зависимости от типа и удельного сопротивления грунта на допустимый длительный ток, при расчете сечения кабелей (+)
Расчет и выбор медных жил до 6 мм2 или алюминиевых до 10 мм2 ведется как для длительного тока.
В случае больших сечений возможно применить понижающий коэффициент:
0,875 * √Тпв
где Tпв — отношение продолжительности включения к продолжительности цикла.
Продолжительность включения берется из расчета не более 4 минут. При этом цикл не должен превышать 10 минут.
При выборе кабеля для разводки электричества в деревянном доме особое внимание уделяют его огнестойкости.
Этап #3 — расчет сечения проводника по току на примере
Задача: рассчитать необходимое сечение медного кабеля для подключения:
- трехфазного деревообрабатывающего станка мощностью 4000 Вт;
- трехфазного сварочного аппарата мощностью 6000 Вт;
- бытовой техники в доме общей мощностью 25000 Вт;
Подключение будет произведено пятижильным кабелем (три жилы фазные, одна нулевая и одна заземление), проложенным в земле.
Изоляция кабельно-проводниковой продукции рассчитывается на конкретное значение рабочего напряжения. Следует учитывать, что указанное производителем рабочее напряжение его изделия должно быть выше напряжения в сети
Решение.
Шаг # 1. Рассчитываем линейное напряжение трехфазного подключения:
Uл = 220 * √3 = 380 В
Шаг # 2. Бытовая техника, станок и сварочный аппарат имеют реактивную мощность, поэтому мощность техники и оборудования составит:
Pтех = 25000 / 0,7 = 35700 Вт
Pобор = 10000 / 0,7 = 14300 Вт
Шаг # 3. Ток, необходимый для подключения бытовой техники:
Iтех = 35700 / 220 = 162 А
Шаг # 4. Ток, необходимый для подключения оборудования:
Iобор = 14300 / 380 = 38 А
Шаг # 5. Необходимый ток для подключения бытовой техники посчитан из расчета одной фазы. По условию задачи имеется три фазы. Следовательно, ток можно распределить по фазам. Для простоты предположим равномерное распределение:
Iтех = 162 / 3 = 54 А
Шаг # 6. Ток приходящийся на каждую фазу:
Iф = 38 + 54 = 92 А
Шаг # 7. Оборудование и бытовая техника работать одновременно не будут, кроме этого заложим запас равный 1,5. После применения поправочных коэффициентов:
Iф = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 А
Шаг # 8. Хотя в составе кабеля имеется 5 жил, в расчет берется только три фазные жилы. По таблице 8 в столбце трехжильный кабель в земле находим, что току в 115 А соответствует сечение жилы 16 мм2.
Шаг # 9. По таблице 8 применяем поправочный коэффициент в зависимости от характеристики земли. Для нормального типа земли коэффициент равен 1.
Шаг # 10. Не обязательный, рассчитываем диаметр жилы:
D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 мм
Если бы расчет производился только по мощности, без учета особенностей прокладки кабеля, то сечение жилы составит 25 мм2. Расчет по силе тока сложнее, но иногда позволяет экономить значительные денежные средства, особенно когда речь идет о многожильных силовых кабелях.
О взаимосвязях значений напряжения и силы тока подробнее можно прочесть тут.
Калькулятор расчета сечения кабеля
Советуем к прочтению другие наши статьи
- Купить квартиру быстро и просто
- Плюсы и минусы межкомнатных дверей из экошпона
- Особенности применения виброрейки для бетона
- Какой шуруповерт выбрать
Онлайн калькулятор предназначен для расчета сечения кабеля по мощности.
Вы можете выбрать требуемые электроприборы, отметив их галочкой, для автоматического определения их мощности, либо ввести мощность в ватах (не в киловатах!) в поле ниже, затем выбрать остальные данные: напряжение сети, металл проводника, тип кабеля, где прокладывается и калькулятор произведет расчет сечения провода по мощности и подскажет какой автоматический выключатель поставить.
Надеюсь, мой калькулятор поможет многим мастерам.
Расчет падения напряжения
Любой проводник, кроме сверхпроводников, имеет сопротивление. Поэтому при достаточной длине кабеля или провода происходит падение напряжения.
Нормы ПЭУ требуют, чтобы сечение жилы кабеля было таким при котором падение напряжения составляло не более 5%.
Таблица 9. Удельное сопротивление распространенных металлических проводников (+)
В первую очередь это касается низковольтных кабелей малого сечения.
Расчет падения напряжения выглядит следующим образом:
R = 2*(ρ * L) / S,
Uпад = I * R,
U% = (Uпад / Uлин) * 100,
Где:
- 2 – коэффициент, обусловленный тем, что ток течет обязательно по двум жилам;
- R – сопротивление проводника, Ом;
- ρ – удельное сопротивление проводника, Ом*мм2/м;
- S – сечение проводника, мм2;
- Uпад – напряжение падения, В;
- U% – падение напряжения по отношению к Uлин,%.
Используя формулы, можно самостоятельно выполнить вне необходимые вычисления.
Расчет сечения медных проводов и кабелей
Подсчитав нагрузку и определившись с материалом (медь), рассмотрим пример расчета сечения проводов для отдельных групп потребителей, на примере двухкомнатной квартиры.
Как известно, вся нагрузка делится на две группы: силовую и осветительную.
В нашем случае основной силовой нагрузкой будет розеточная группа, установленная на кухне и в ванной. Так как там устанавливается наиболее мощная техника (электрочайник, микроволновка, холодильник, бойлер, стиральная машина и т.п.).
Для этой розеточной группы выбираем провод сечением 2.5мм2. При условии, что силовая нагрузка будет разбросана по разным розеткам. Что это значит? Например, на кухне для подключения всей бытовой техники нужно 3-4 розетки подключенных медным проводом сечением 2.5 мм2 каждая.
Если вся техника подключается через одну единственную розетку, то сечения в 2.5 мм2 будет недостаточно, в этом случае нужно использовать провод сечением 4-6 мм2. В жилых комнатах для питания розеток можно использовать провод сечением 1.5 мм2, но окончательный выбор нужно принимать после соответствующих расчетов.
Питание всей осветительной нагрузки выполняется проводом сечением 1.5 мм2.
Необходимо понимать, что мощность на разных участках электропроводки будет разной, соответственно и сечение питающих проводов тоже разным. Наибольшее его значение будет на вводном участке квартиры, так как через него проходит вся нагрузка. Сечение вводного питающего провода выбирают 4 – 6 мм2.
При монтаже электропроводки применяют провода и кабели марки ПВС, ВВГнг, ППВ, АППВ.
Выбор сечения кабеля по мощности
Вот мы добрались и до сути нашей статьи. Однако всё, что было выше, упускать нельзя, а значит и мы умолчать не могли.
Если попытаться изложить мысль логично и по-простому, то через каждое условное сечение проводника может пройти ток определенной силы. Заключение это вполне логичное и теперь лишь осталось узнать эти соотношения и соотнести для разных диаметров провода, исходя из его типоряда.
Также нельзя умолчать, что здесь, при расчете сечения по току, в «игру вступает» и температура. Да, это новая составляющая – температура. Именно она способна повлиять на сечение. Как и почему, давайте разбираться.
Все мы знаем о броуновском движении. О постоянном смещении ионов в кристаллической решетке. Все это происходит во всех материалах, в том числе и в проводниках. Чем выше температура, тем больше будут эти колебания ионов внутри материала. А мы знаем, что ток — это направленное движение частиц.
Так вот, направленное движение частиц будет сталкиваться в кристаллической решетке с ионами, что приведет к повышению сопротивления для тока.
Чем выше температура, тем выше электрическое сопротивление проводника. Поэтому по умолчанию, сечение провода для определенного тока принимается при комнатной температуре, то есть при 18 градусах Цельсия. Именно при этой температуре приведены все справочные значения в таблицах, в том числе и наших.
Несмотря на то, что алюминиевые провода мы не рассматриваем в качестве проводов для электропроводки, по крайней мере, в квартире, тем не менее, они много где применяются. Скажем для проводки на улице. Именно поэтому мы также приведем значения зависимостей сечения и тока и для алюминиевых проводов.
Итак, для меди и алюминия будут следующие показатели зависимости сечения провода (кабеля) от тока (мощности). Смотрите таблицу.
Таблица проводников под допустимый максимальный ток для их использования в проводке:
С 2001 года алюминиевые провода для проводки в квартирах не применяются. (ПЭУ)
Да, здесь как заметил наш читатель, мы фактически не привели расчета, а лишь предоставили справочные данные, сведенные в таблицу, на основании этих расчетов. Но смеем вас замерить, что для расчетов необходимо перелопатить множество формул, и показателей. Начиная от температуры, удельного сопротивления, плотности тока и тому подобных.
Поэтому такие расчеты мы оставим для спецов. При этом необходимо заметить, что и они не являются окончательными, так как могут незначительно разнится, в зависимости от стандарта на материал и запаса провода по току, применяемого в разных странах.
А вот о чем мы еще хотели бы сказать, так это о переводе сечения провода в диаметр. Это необходимо, когда имеется провод, но по каким-то причинам маркировки на нем нет. В этом случае по диаметру провода можно вычислить сечения и наоборот из сечения диаметр.
Пример расчета переноски
Задача: рассчитать падение напряжения для медного провода с поперечным сечением одной жилы 1,5 мм2. Провод необходим для подключения однофазного электросварочного аппарата полной мощностью 7 кВт. Длина провода 20 м.
Желающим подключить бытовой сварочный аппарат к ветке электросети следует учесть ситу тока, на которую рассчитан применяемый кабель. Вполне возможно, что общая мощность работающих приборов может быть выше. Оптимальный вариант — подключение потребителей к отдельным веткам
Решение:
Шаг # 1. Рассчитываем сопротивление медного провода, используя таблицу 9:
R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ом
Шаг # 2. Сила тока, протекающая по проводнику:
I = 7000 / 220 = 31.8 А
Шаг # 3. Падение напряжения на проводе:
Uпад = 31,8 * 0,47 = 14,95 В
Шаг # 4. Вычисляем процент падения напряжения:
U% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Вывод: для подключения сварочного аппарата необходим проводник с большим сечением.
Таблица сечения кабеля по току и мощности для медного провода
Ознакомьтесь также с этими статьями
- Письменный стол для ребенка должен быть практичным и надежным
- Зимний сад
- Вывоз и утилизация строительного мусора
- Стиль и практичность металлических лестниц для дома
| Сечение жилы мм2 | Для кабеля с медными жилами | |||
| Напряжение 220 В | Напряжение 380 В | |||
| Ток А | Мощность кВт | Ток А | Мощность кВт | |
| 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 | 33,0 |
| 16 | 85 | 18,7 | 75 | 49,5 |
| 25 | 115 | 25,3 | 90 | 59,4 |
| 35 | 135 | 29,7 | 115 | 75,9 |
| 50 | 175 | 38,5 | 145 | 95,7 |
| 70 | 215 | 47,3 | 180 | 118,8 |
| 95 | 260 | 57,2 | 220 | 145,2 |
| 120 | 300 | 66 | 260 | 171,6 |
Важно!
Данные в таблицах приведены для ОТКРЫТОЙ проводки!!!
| Сечение токопроводящей жилы, мм. | Напряжение, 220 В | Напряжение, 380 В | |||||
| ток, А | мощность, кВт | ток, А | мощность, кВт | ||||
| 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 | 33,0 | |||
| 16 | 85 | 18,7 | 75 | 49,5 | |||
| 25 | 115 | 25,3 | 90 | 59,4 | |||
| 35 | 135 | 29,7 | 115 | 75,9 | |||
| 50 | 175 | 38,5 | 145 | 95,7 | |||
| 70 | 215 | 47,3 | 180 | 118,8 | |||
| 95 | 260 | 57,2 | 220 | 145,2 | |||
| 120 | 300 | 66,0 | 260 | 171,6 | |||
| Сечение токопроводящей жилы, мм. | Напряжение, 220 В | Напряжение, 380 В | |||||
| ток, А | мощность, кВт | ток, А | мощность, кВт | ||||
| 2,5 | 20 | 4,4 | 19 | 12,5 | |||
| 4 | 28 | 6,1 | 23 | 15,1 | |||
| 6 | 36 | 7,9 | 30 | 19,8 | |||
| 10 | 50 | 11,0 | 39 | 25,7 | |||
| 16 | 60 | 13,2 | 55 | 36,3 | |||
| 25 | 85 | 18,7 | 70 | 46,2 | |||
| 35 | 100 | 22,0 | 85 | 56,1 | |||
| 50 | 135 | 29,7 | 110 | 72,6 | |||
| 70 | 165 | 36,3 | 140 | 92,4 | |||
| 95 | 200 | 44,0 | 170 | 112,2 | |||
| 120 | 230 | 50,6 | 200 | 132,0 | |||
| Сечение токопроводящей жилы, мм. | Открыто | Ток, А, для проводов проложенных в одной трубе | |||||
| Двух одножильных | Трех одножильных | Четырех одножильных | Одного двухжильного | Одного трехжильного | |||
| 0,5 | 11 | – | – | – | – | – | |
| 0,75 | 15 | – | – | – | – | – | |
| 1 | 17 | 16 | 15 | 14 | 15 | 14 | |
| 1,2 | 20 | 18 | 16 | 15 | 16 | 14,5 | |
| 1,5 | 23 | 19 | 17 | 16 | 18 | 15 | |
| 2 | 26 | 24 | 22 | 20 | 23 | 19 | |
| 2,5 | 30 | 27 | 25 | 25 | 25 | 21 | |
| 3 | 34 | 32 | 28 | 26 | 28 | 24 | |
| 4 | 41 | 38 | 35 | 30 | 32 | 27 | |
| 5 | 46 | 42 | 39 | 34 | 37 | 31 | |
| 6 | 50 | 46 | 42 | 40 | 40 | 34 | |
| 8 | 62 | 54 | 51 | 46 | 48 | 43 | |
| 10 | 80 | 70 | 60 | 50 | 55 | 50 | |
| 16 | 100 | 85 | 80 | 75 | 80 | 70 | |
| 25 | 140 | 115 | 100 | 90 | 100 | 85 | |
| 35 | 170 | 135 | 125 | 115 | 125 | 100 | |
| 50 | 215 | 185 | 170 | 150 | 160 | 135 | |
| 70 | 270 | 225 | 210 | 185 | 195 | 175 | |
| 95 | 330 | 275 | 255 | 225 | 245 | 215 | |
| 120 | 385 | 315 | 290 | 260 | 295 | 250 | |
| 150 | 440 | 360 | 330 | – | – | – | |
| 185 | 510 | – | – | – | – | – | |
| 240 | 605 | – | – | – | – | – | |
| 300 | 695 | – | – | – | – | – | |
| 400 | 830 | – | – | – | – | – | |
| Сечение токопроводящей жилы, мм. | Открыто | Ток, А, для проводов проложенных в одной трубе | |||||
| Двух одножильных | Трех одножильных | Четырех одножильных | Одного двухжильного | Одного трехжильного | |||
| 2 | 21 | 19 | 18 | 15 | 17 | 14 | |
| 2,5 | 24 | 20 | 19 | 19 | 19 | 16 | |
| 3 | 27 | 24 | 22 | 21 | 22 | 18 | |
| 4 | 32 | 28 | 28 | 23 | 25 | 21 | |
| 5 | 36 | 32 | 30 | 27 | 28 | 24 | |
| 6 | 39 | 36 | 32 | 30 | 31 | 26 | |
| 8 | 46 | 43 | 40 | 37 | 38 | 32 | |
| 10 | 60 | 50 | 47 | 39 | 42 | 38 | |
| 16 | 75 | 60 | 60 | 55 | 60 | 55 | |
| 25 | 105 | 85 | 80 | 70 | 75 | 65 | |
| 35 | 130 | 100 | 95 | 85 | 95 | 75 | |
| 50 | 165 | 140 | 130 | 120 | 125 | 105 | |
| 70 | 210 | 175 | 165 | 140 | 150 | 135 | |
| 95 | 255 | 215 | 200 | 175 | 190 | 165 | |
| 120 | 295 | 245 | 220 | 200 | 230 | 190 | |
| 150 | 340 | 275 | 255 | – | – | – | |
| 185 | 390 | – | – | – | – | – | |
| 240 | 465 | – | – | – | – | – | |
| 300 | 535 | – | – | – | – | – | |
| 400 | 645 | – | – | – | – | – | |
| Сечение токопроводящей жилы, мм. | Ток*, А, для проводов и кабелей | ||||||
| одножильных | двухжильных | трехжильных | |||||
| при прокладке | |||||||
| в воздухе | в воздухе | в земле | в воздухе | в земле | |||
| 1,5 | 23 | 19 | 33 | 19 | 27 | ||
| 2,5 | 30 | 27 | 44 | 25 | 38 | ||
| 4 | 41 | 38 | 55 | 35 | 49 | ||
| 6 | 50 | 50 | 70 | 42 | 60 | ||
| 10 | 80 | 70 | 105 | 55 | 90 | ||
| 16 | 100 | 90 | 135 | 75 | 115 | ||
| 25 | 140 | 115 | 175 | 95 | 150 | ||
| 35 | 170 | 140 | 210 | 120 | 180 | ||
| 50 | 215 | 175 | 265 | 145 | 225 | ||
| 70 | 270 | 215 | 320 | 180 | 275 | ||
| 95 | 325 | 260 | 385 | 220 | 330 | ||
| 120 | 385 | 300 | 445 | 260 | 385 | ||
| 150 | 440 | 350 | 505 | 305 | 435 | ||
| 185 | 510 | 405 | 570 | 350 | 500 | ||
| 240 | 605 | – | – | – | – | ||
| Сечение токопроводящей жилы, мм. | Ток, А, для проводов и кабелей | ||||||
| одножильных | двухжильных | трехжильных | |||||
| при прокладке | |||||||
| в воздухе | в воздухе | в земле | в воздухе | в земле | |||
| 2,5 | 23 | 21 | 34 | 19 | 29 | ||
| 4 | 31 | 29 | 42 | 27 | 38 | ||
| 6 | 38 | 38 | 55 | 32 | 46 | ||
| 10 | 60 | 55 | 80 | 42 | 70 | ||
| 16 | 75 | 70 | 105 | 60 | 90 | ||
| 25 | 105 | 90 | 135 | 75 | 115 | ||
| 35 | 130 | 105 | 160 | 90 | 140 | ||
| 50 | 165 | 135 | 205 | 110 | 175 | ||
| 70 | 210 | 165 | 245 | 140 | 210 | ||
| 95 | 250 | 200 | 295 | 170 | 255 | ||
| 120 | 295 | 230 | 340 | 200 | 295 | ||
| 150 | 340 | 270 | 390 | 235 | 335 | ||
| 185 | 390 | 310 | 440 | 270 | 385 | ||
| 240 | 465 | – | – | – | – | ||
| Сводная таблица сечений проводов, тока, мощности и характеристик нагрузки | |||||
| Сечение медных жил проводов и кабелей, кв.мм | Допустимый длительный ток нагрузки для проводов и кабелей, А | Номинальный ток автомата защиты, А | Предельный ток автомата защиты, А | Максимальная мощность однофазной нагрузки при U=220 B | Характеристика примерной однофазной бытовой нагрузки |
| 1,5 | 19 | 10 | 16 | 4,1 | группа освещения и сигнализации |
| 2,5 | 27 | 16 | 20 | 5,9 | розеточные группы и электрические полы |
| 4 | 38 | 25 | 32 | 8,3 | водонагреватели и кондиционеры |
| 6 | 46 | 32 | 40 | 10,1 | электрические плиты и духовые шкафы |
| 10 | 70 | 50 | 63 | 15,4 | вводные питающие линии |
В таблице приведены данные на основе ПУЭ, для выбора сечений кабельно-проводниковой продукции, а также номинальных и максимально возможных токов автоматов защиты, для однофазной бытовой нагрузки чаще всего применяемой в быту.
| Наименьшие допустимые сечения кабелей и проводов электрических сетей в жилых зданиях | |
| Наименование линий | Наименьшее сечение кабелей и проводов с медными жилами, кв.мм |
| Линии групповых сетей | 1,5 |
| Линии от этажных до квартирных щитков и к расчетному счетчику | 2,5 |
| Линии распределительной сети (стояки) для питания квартир | 4 |
Надеемся данная информация была полезна для Вас. Мы же напоминаем что у нас Вы можете купить кабель МКЭКШВнг отличного качества по низкой цене.
Использование полезной работы электрического тока, уже является чем-то обыденным, незаменимым и само собой разумеющимся. Действительно, с тех пор, когда были получены первые токи от первой батарейки, великим ученым Алессандро Вольтом, в далеком 1800 году, прошло всего-то два столетия. Однако теперь сеть проводов, электрических соединений буквально пронизывает все и вся на поверхности земли и в наших домах. Если всю эту сеть нескончаемых проводов представить себе со стороны, то это будет подобно нервной или кровеносной системе в нашем организме. Роль всех этих проводов для современного общества, пожалуй, не менее значима, чем функция одной из вышеупомянутых систем живого организма. Что же, раз это так важно и серьезно, то при выборе проводов и кабелей, для создания нашей собственной коммуникативной электрической сети стоит подходить с особым вниманием и придирчивостью. Дабы она работала стабильно, без сбоев и отказов. Что же в себя включает данный выбор проводов и кабелей? Во-первых, это определиться с применяемым для проводки материалом, будь то медь или алюминий. Во-вторых, определиться с количеством жил в проводнике, 2 или 3. В-третьих, необходимо подобрать сечения жил исходя из тока, которые будет проходить по проводам, то есть исходя из мощности нагрузки. В-четвертых, выбрать провод исходя из расчетного значения, ближайшее большее сечение по типоряду относительного расчетного. О мелочах и того можно говорить намного больше сказанного, поэтому пока остановимся на этом, и попытаемся все же раскрыть тему нашей статьи о расчете и выборе провода или кабеля исходя из мощности нагрузки.
Чем отличается кабель от провода
Прежде чем перейти к основному содержимому, нам необходимо понять, что же мы все-таки хотим рассчитать, сечение провода или кабеля, в чем различия одного от другого!? Не смотря на то, что обыватель применяет эти два слова как синонимы, подразумевая под этим что-то свое, но если быть дотошными, то разница все же имеется.
Так провод это одна токопроводящая жила, будь то моножила или набор проводников, изолированная в диэлектрик, в оболочку. А вот кабель, это уже несколько таких проводов, объединенных в единое целое, в своей защитной и изоляционной оболочке. Для того, чтобы вам было лучше понятно, что к чему, взгляните на картинку.
Так вот, теперь мы в курсе, что рассчитывать нам необходимо именно сечение провода, то есть одного токопроводящего элемента, а второй будет уже уходить от нагрузки, обратно к питанию. Однако мы порой и сами забываемся не лучше Вашего, так что если вы нас подловите на том, что где-то все же встретится слово кабель, то не сочтите уж за невежество, стереотипы делают свое дело.
Какой провод, кабель выбрать для прокладки проводки (моножилу или многожильный)
При монтаже электропроводки обычно применяют провода и кабели марки ПВС, ВВГнг, ППВ, АППВ. В этом списке встречаются как гибкие кабели, так и с моножилой. Здесь мы хотели бы сказать вам одну вещь. Если ваша проводка не будет шевелиться, то есть это не удлинитель, не место сгиба которое постоянно меняет свое положение, то предпочтительно использовать моножилу. Вы спросите почему? Все просто! Не смотря на то, насколько хорошо не были бы уложены в защитную изоляционною оплетку проводники, под нее все же попадет воздух, в котором содержится кислород. Происходит окисление поверхности меди. В итоге, если проводников много, то площадь окисления намного больше, а значит токопроводящее сечение «тает» на много больше. Да, это процесс длительный, но и мы не думаем, что вы собрались менять проводку часто. Чем больше она проработает, тем лучше. Особенно это эффект окисления будет сильно проявляться у краев реза кабеля, в помещениях с перепадом температуры и при повышенной влажности. Так что мы вам настоятельно рекомендуем использовать моножилу! Сечение моножилы кабеля или провода изменится со временем незначительно, а это так важно, при наших дальнейших расчетах.
Выбираем провод (кабель) из меди или алюминия (документ ПЭУ)
В СССР большинство жилых домов оснащались алюминиевой проводкой, это было своеобразной нормой, стандартом и даже догмой. Нет, это совсем не значит, что страна была бедная, и не хватало на меди. Даже в некоторых случая наоборот. Но видимо проектировщики электрических сетей решили, что экономически можно много сэкономить, если применять алюминий, а не медь. Действительно, темпы строительства были огромнейшие, достаточно вспомнить хрущевки, в которых все еще живет половина страны, а значит эффект от такой экономии был значительным. В этом можно не сомневаться. Тем не менее, сегодня другие реалии, и алюминиевую проводку в новых жилых помещениях не применяют, только медную. Это исходит из норм ПУЭ пункт 7.1.34 «В зданиях следует применять кабели и провода с медными жилами…». (До 2001 г. по имеющемуся заделу строительства допускается использование проводов и кабелей с алюминиевыми жилами) Так вот, мы вам настоятельно не рекомендуем экспериментировать и пробовать алюминий. Минусы его очевидны. Алюминиевые скрутки невозможно пропаять, так же очень трудно сварить, в итоге контакты в распределительных коробках могут со временем нарушиться. Алюминий очень хрупкий, два-три изгиба и провод отпал. Будут постоянные проблемы с подключением его к розеткам, выключателем. Опять же если говорить о проводимой мощности, то медный провод с тем же сечением для алюминия 2,5мм.кв. допускает длительный ток в 19А, а для меди в 25А. Здесь разница больше чем 1 КВт.
Так что еще раз повторимся – только медь! Далее мы и будем уже исходить из того, что сечение рассчитываем для медного провода, но в таблицах приведем значения и для алюминия. Мало ли что.
Сколько примерно потребляют бытовые приборы, и как это отразиться на выборе, расчете сечения кабеля
Итак, мы уже определились с маркировкой кабеля, что это должна быть моножила, также с тем, что это должна быть медь, да и про подводимую мощность кабеля мы тоже «заикнулись» не просто так. Ведь именно исходя из показателя проводимой мощности, будет рассчитываться провод, кабель на его применяемое сечение. Здесь все логично, прежде чем что-то рассчитать, надо исходить из начальных условий задачи. Этому нас научили еще в школе, исходные данные определяют основные пути решения. Что же, тоже самое можно сказать про расчет сечения медного провода, для расчета его сечения необходимо знать с какими токами или мощностями он будет работать. А для того чтобы нам знать токи и мощности, мы сразу должны знать, что именно будет подключено в нашей квартире, где лампочка, а где телевизор. Где компьютер, а куда мы включим зарядное устройство для телефона. Нет, конечно, со временем исходя из жизненных обстоятельств, что-то может поменяться, но нет кардинально, то есть примерная суммарная потребляемая мощность для всех наших помещений останется прежняя. Лучше всего сделать так, нарисовать план квартиры и там расставить и развешать все электроприборы, которые вам встретятся и которые запланированы. Скажем так.
Здесь неплохо было сориентироваться, сколько какой прибор потребляет. Именно для этого мы и приведем для вас таблицу ниже.
| Онлайн калькулятор для определения силы тока по потребляемой мощности | |
|---|---|
| Потребляемая мощность, Вт: | |
| Напряжение питания, В: | |
Подытожим данный абзац, мы должны представлять какие токи, мощности подводимые проводами и кабелями, должны быть обеспечены, для того, чтобы рассчитать необходимое нам сечение и выбрать подходящее. Об этом как раз далее.
Как рассчитать диаметр (сечение) провода (кабеля) исходя из силы тока, потребляемой мощности (медный и алюминиевый)
Вот мы добрались и до сути нашей статьи. Однако всё, что было выше, упускать нельзя, а значит и мы умолчать не могли.
Если попытаться изложить мысль логично и по-простому, то через каждое условное сечение проводника может пройти ток определенной силы. Заключение это вполне логичное и теперь лишь осталось узнать эти соотношения и соотнести для разных диаметров провода, исходя из его типоряда. Также нельзя умолчать, что здесь, при расчете сечения по току, в «игру вступает» и температура. Да, это новая составляющая – температура. Именно она способна повлиять на сечение. Как и почему, давайте разбираться.
Все мы знаем о броуновском движении. О постоянном смещении ионов в кристаллической решетке. Все это происходит во всех материалах, в том числе и в проводниках. Чем выше температура, тем больше будут эти колебания ионов внутри материала. А мы знаем, что ток это направленное движение частиц. Так вот, направленное движение частиц будет сталкиваться в кристаллической решетке с ионами, что приведет к повышению сопротивления для тока. Чем выше температура, тем выше электрическое сопротивление проводника. Поэтому по умолчанию, сечение провода для определенного тока принимается при комнатной температуре, то есть при 18 градусах Цельсия. Именно при этой температуре приведены все справочные значения в таблицах, в том числе и наших.
Не смотря на то, что алюминиевые провода мы не рассматриваем в качестве проводов для электропроводки, по крайней мере, в квартире, тем не менее, они много где применяются. Скажем для проводки на улице. Именно поэтому мы также приведем значения зависимостей сечения и тока и для алюминиевых проводов.
Итак, для меди и алюминия будут следующие показатели зависимости сечения провода (кабеля) от тока (мощности). Смотрите таблицу.
Таблица проводников под допустимый максимальный ток для их использования в проводке
С 2001 года алюминиевые провода для проводки в квартирах не применяются. (ПЭУ)
Да, здесь как заметил наш читатель, мы фактически не привели расчета, а лишь предоставили справочные данные, сведенные в таблицу, на основании этих расчетов. Но смеем вас замерить, что для расчетов необходимо перелопатить множество формул, и показателей. Начиная от температуры, удельного сопротивления, плотности тока и тому подобных. Поэтому такие расчеты мы оставим для спецов. При этом необходимо заметить, что и они не являются окончательными, так как могут незначительно разнится, в зависимости от стандарта на материал и запаса провода по току, применяемого в разных странах.
А вот о чем мы еще хотели бы сказать, так это о переводе сечения провода в диаметр. Это необходимо когда имеется провод, но по каким-то причинам маркировки на нем нет. В этом случае по диаметру провода можно вычислить сечения и наоборот из сечения диаметр.
Как рассчитать зависимость диаметра токопроводящей жилы (провода, кабеля) от его сечения (площади)
Этот абзац больше относится к курсу школы по геометрии алгебре, когда необходимо найти площадь круга исходя из его диаметра. Именно такая задача стоит перед тем, кто хочет перевести диаметр в сечение. Делается это очень просто.
Сечение равно по формуле – S=0,7853*D 2, где D и есть диаметр окружности, а S это площадь. Также справедливо будет утверждение S=ПИ*R 2 , где R – радиус
Общепринятые сечения медных проводов для проводки в квартире по сечению
Мы с вами много говорили о наименованиях, о материалах, об индивидуальных особенностях и даже о температуре, но упустили из вида жизненные обстоятельства. Так если вы нанимаете электрика для того, чтобы он провел вам проводку в комнатах вашей квартиры или дома, то обычно принимаются следующие значения. Для освещения сечения провода берется в 1,5 мм 2, а для розеток в 2,5 мм 2.
Если проводка предназначена для подключения бойлеров, нагревателей, плит, то здесь уже рассчитывается сечение провода (кабеля) индивидуально.
Выбор сечения провода исходя из количества коммуникаций в доме (квартире) (типовые схемы проводки)
О чем еще хотелось сказать, так это о том, что лучше использовать несколько независимых линий питания для каждого из помещений в комнате или квартире. Тем самым вы не будете применять провод с сечением 10 мм 2 для всей квартиры, приброшенный во все комнаты, от которого идут отводы. Такой провод будет приходить на вводный автомат, а затем от него, в соответствии с мощностью потребляемой нагрузки будут разведены выбранные сечения проводов, для каждого из помещений.
Типовая принципиальная схема электропроводки для квартиры или дома с электрической плитой (с указанием сечения кабеля для электроприборов)
Подводя итог о выборе сечения провода (кабеля) в зависимости от силы тока (мощности)
Если вы прочитали всю нашу статью, и все наши выкладки, то наверняка уже осознали насколько сложно и одновременно просто выбрать алюминиевый или медный провод, по сечению исходя из токовой нагрузки и мощности. Да, расчет сечения потребует знания множества формул, поправок на материал и температуру, при этом если воспользоваться справочными таблицами, которые мы и привели, то все просто и понятно.
Что же, кроме выбора сечения провода необходимо будет правильно соединить между собой провода, использовать соответствующие автоматы, УЗО, розетки и выключатели. Не забывать про особенности схемы подключения проводки в квартире. Все это скажется на выборе сечения провода в вашем конкретном случае. И только в этом случае, когда вы учтете все факторы, воспользуетесь справочными материалами, правильно смонтируете все элементы, можно будет говорить о том, что все сделано как надо!
Видео о подборе сечения проводник в зависимости от тока (А)
Основные принципы по выбоу сечения, исходя из тока питания еще раз рассмотрены в этом видео.
В теории и практике, выбору площади поперечного сечения провода по току (толщине) уделяется особое внимание. В данной статье, анализируя справочные данные, познакомимся с понятием «площадь сечения».
Расчет сечения проводов.
В науке не используется понятие «толщина» провода. В литературных источниках используется терминология – диаметр и площадь сечения. Применимо к практике, толщина провода характеризуется площадью сечения.
Довольно легко рассчитывается на практике сечение провода. Площадь сечения вычисляется с помощью формулы, предварительно измерив его диаметр (можно измерить с помощью штангенциркуля):
S = π (D/2)2 ,
- S – площадь сечения провода, мм
- D- диаметр токопроводящей жилы провода. Измерить его можно с помощью штангенциркуля.
Более удобный вид формулы площади сечения провода:
Небольшая поправка – является округленным коэффициентом. Точная расчетная формула:
В электропроводке и электромонтаже в 90 % случаях применяется медный провод. Медный провод по сравнению с алюминиевым проводом, имеет ряд преимуществ. Он более удобен в монтаже, при такой же силе токе имеет меньшую толщину, более долговечен. Но чем больше диаметр (площадь сечения), тем выше цена медного провода. Поэтому, несмотря на все преимущества, если сила тока превышает значение 50 Ампер, чаще всего используют алюминиевый провод. В конкретном случае используется провод, имеющий алюминиевую жилу 10 мм и более.
В квадратных миллиметрах измеряют площадь сечения проводов. Наиболее чаще всего на практике (в бытовой электрике), встречаются такие площади сечения: 0,75; 1,5; 2,5; 4 мм .
Существует иная система измерения площади сечения (толщины провода) – система AWG, которая используется, в основном в США. Ниже приведена таблица сечений проводов по системе AWG, а так же перевод из AWG в мм .
Рекомендовано прочитать статью про выбор сечения провода для постоянного тока. В статье приведены теоретические данные и рассуждения о падении напряжения, о сопротивлении проводов для разных сечений. Теоретические данные сориентируют, какое сечение провода по току наиболее оптимально, для разных допустимых падений напряжения. Также на реальном примере объекта, в статье о падении напряжения на трехфазных кабельных линиях большой длины, приведены формулы, а также рекомендации о том, как уменьшить потери. Потери на проводе прямо пропорциональны току и длине провода. И являются обратно пропорциональными сопротивлению.
Выделяют, три основные принципа, при выборе сечения провода.
1. Для прохождения электрического тока, площадь сечения провода (толщина провода), должна быть достаточной. Понятие достаточно означает, что когда проходит максимально возможный, в данном случае, электрический ток, нагрев провода будет допустимый (не более 600С).
2. Достаточное сечение провода, что бы падение напряжения не превышало допустимого значения. В основном это относится к длинным кабельным линиям (десятки, сотни метров) и токам большой величины.
3. Поперечное сечение провода, а также его защитная изоляция, должна обеспечивать механическую прочность и надежность.
Для питания, например люстры, используют в основном лампочки с суммарной потребляемой мощностью 100 Вт (ток чуть более 0,5 А).
Выбирая толщину провода, необходимо ориентироваться на максимальную рабочую температуру. Если температура будет превышена, провод и изоляция на нем будут плавиться и соответственно это приведет к разрушению самого провода. Максимальный рабочий ток для провода с определенным сечением ограничивается только максимально его рабочей температурой. И временем, которое сможет проработать провод в таких условиях.
Далее приведена таблица сечения проводов, при помощи которой в зависимости от силы тока, можно подобрать площадь сечения медных проводов. Исходные данные – площадь сечения проводника.
Максимальный ток для разной толщины медных проводов. Таблица 1.
Сечение токопроводящей жилы, мм 2
Ток, А, для проводов, проложенных
Как определить сечение кабеля по диаметру. Пошаговая инструкция
Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника
В металле подвижными носителями зарядов являются свободные электроны. Можно считать, что при своем хаотическом движении они ведут себя подобно молекулам газа. Поэтому в классической физике свободные электроны в металлах называют электронным газом и в первом приближении считают, что к нему применимы законы, установленные для идеального газа.
Плотность электронного газа и строение кристаллической решетки зависят от рода металла. Поэтому сопротивление проводника должно зависеть от рода его вещества. Кроме того, оно должно еще зависеть от длины проводника, площади его поперечного сечения и от температуры.
Влияние сечения проводника на его сопротивление объясняется тем, что при уменьшении сечения поток электронов в проводнике при одной и той же силе тока становится более плотным, поэтому и взаимодействие электронов с частицами вещества в проводнике становится сильнее.
Из формулы
видно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Величину ρ, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением вещества. Удельное сопротивление различных веществ при расчетах берут из таблиц.
Величину, обратную удельному сопротивлению, называют удельной проводимостью вещества и обозначают σ.
Сопротивление тела человека
· Для расчёта опасной величины силы тока, протекающего через человека при попадании его под электрическое напряжение частотой 50 Гц, сопротивление тела человека условно принимается равным 1 кОм. Эта величина имеет малое отношение к реальному сопротивлению человеческого тела. В реальности сопротивление человека не является омическим, так как эта величина, во-первых, нелинейна по отношению к приложенному напряжению, во-вторых меняется во времени, в третьих, гораздо меньше у человека, который волнуется и, следовательно, потеет и т. д.
· Серьёзные поражения тканей человека наблюдаются обычно при прохождении тока силой около 100 мА. Совершенно безопасным считается ток силой до 1 мА. Удельное сопротивление тела человека зависит от состояния кожных покровов. Сухая кожа обладает удельным сопротивлением порядка 10000 Ом·м, поэтому опасные токи могут быть достигнуты только при значительном напряжении. Однако при наличии сырости сопротивление тела человека резко снижается и безопасным может считаться напряжение только ниже 12 В. Удельное сопротивление крови 1 Ом·м при 50 Гц.
| Электрическое сопротивление проводников |
S D22 ,
- S – площадь сечения провода, мм
- D- диаметр токопроводящей жилы провода. Измерить его можно с помощью штангенциркуля.
Более удобный вид формулы площади сечения провода:
Небольшая поправка — является округленным коэффициентом. Точная расчетная формула:
В электропроводке и электромонтаже в 90 % случаях применяется медный провод. Медный провод по сравнению с алюминиевым проводом, имеет ряд преимуществ. Он более удобен в монтаже, при такой же силе токе имеет меньшую толщину, более долговечен. Но чем больше диаметр (площадь сечения), тем выше цена медного провода. Поэтому, несмотря на все преимущества, если сила тока превышает значение 50 Ампер, чаще всего используют алюминиевый провод. В конкретном случае используется провод, имеющий алюминиевую жилу 10 мм и более.
В квадратных миллиметрах измеряют площадь сечения проводов. Наиболее чаще всего на практике (в бытовой электрике), встречаются такие площади сечения: 0,75; 1,5; 2,5; 4 мм .
Существует иная система измерения площади сечения (толщины провода) — система AWG, которая используется, в основном в США. Ниже приведена таблица сечений проводов по системе AWG, а так же перевод из AWG в мм .
Выделяют, три основные принципа, при выборе сечения провода.
1. Для прохождения электрического тока, площадь сечения провода (толщина провода), должна быть достаточной. Понятие достаточно означает, что когда проходит максимально возможный, в данном случае, электрический ток, нагрев провода будет допустимый (не более 600С).
2. Достаточное сечение провода, что бы падение напряжения не превышало допустимого значения. В основном это относится к длинным кабельным линиям (десятки, сотни метров) и токам большой величины.
3. Поперечное сечение провода, а также его защитная изоляция, должна обеспечивать механическую прочность и надежность.
Для питания, например люстры, используют в основном лампочки с суммарной потребляемой мощностью 100 Вт (ток чуть более 0,5 А).
Выбирая толщину провода, необходимо ориентироваться на максимальную рабочую температуру. Если температура будет превышена, провод и изоляция на нем будут плавиться и соответственно это приведет к разрушению самого провода. Максимальный рабочий ток для провода с определенным сечением ограничивается только максимально его рабочей температурой. И временем, которое сможет проработать провод в таких условиях.
Далее приведена таблица сечения проводов, при помощи которой в зависимости от силы тока, можно подобрать площадь сечения медных проводов. Исходные данные – площадь сечения проводника.
Максимальный ток для разной толщины медных проводов. Таблица 1.
Сечение токопроводящей жилы, мм 2
Ток, А, для проводов, проложенных
ОтветыMail.Ru формула удельного сопротивления проводника
Учебник открой. Удельное электрическое сопротивление, или просто удельное сопротивление вещества характеризует его способность проводить электрический ток. Единица измерения удельного сопротивления в СИ — ом·метр (Ом·м) . Физический смысл удельного сопротивления в СИ: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 кв. м; . Величина удельного сопротивления обозначается символом р (ро) . Вывод: Удельное сопротивление проводника – это характеристика данного проводника, оно не рассчитывается и не имеет формулы для расчета. Наоборот, при помощи его рассчитывается сопротивление проводника заданных размеров.
p=RS/L Такая пойдет?
Александр, сейчас вас тут кое-кто”переучит” на другую сторону.. . Удельное сопротивление проводника измеряется в Омах, умноженных на мм. в квадрате, деленное на метр. Это не что иное как сопротивление проводника сечением 1 мм. в квадрате. и длиной 1 метр. Един. измерения Ом. поскольку сопротивление (Ом) = (удельное сопротивление (ро) х длину (м) ) и деленное на площадь сечения (S) Значит удельное сопротивление (ро) =(R х S) / L это то-же самое, что написал GP, причем написал абсолютно правильно. Я только смог дополнить пояснением . Другую формулу вам не кто не напишет, разве что только шарлатаны.. . Тут другого объяснения и расширенного толкования просто быть не может.. . Это правильный ответ.. .
Ищем сечение провода по диаметру формула
Провода в кабеле имеют в поперечном сечении форму круга. Потому при расчетах пользуемся формулой площади круга. Ее можно найти используя радиус (половину измеренного диаметра) или диаметр (смотрите формулу).
Определяем сечение провода по диаметру: формула
Например, посчитаем площадь поперечного сечения проводника (проволоки) по размеру, рассчитанному ранее: 0,68 мм. Давайте сначала используем формулу с радиусом. Сначала находим радиус: делим диаметр на два. 0,68 мм / 2 = 0,34 мм. Далее эту цифру подставляем в формулу
S = π * R 2 = 3,14 * 0,34 2 = 0,36 мм 2
Считать надо так: сначала возводим в квадрат 0,34, потом умножаем полученное значение на 3,14. Получили сечение данного провода 0,36 квадратных миллиметров. Это очень тонкий провод, который в силовых сетях не используется.
Давайте посчитаем сечение кабеля по диаметру, используя вторую часть формулы. Должно получиться точно такое же значение. Разница может быть в тысячные доли из-за разного округления.
S = π/4 * D 2 = 3.14/4 * 0,68 2 = 0,785 * 0,4624 = 0,36 мм 2
В данном случае делим число 3,14 на четыре, потом возводим диаметр в квадрат, две полученные цифры перемножаем. Получаем аналогичное значение, как и должно быть. Теперь вы знаете, как узнать сечение кабеля по диаметру. Какая из этих формул вам удобнее, ту и используйте. Разницы нет.
Порядок проведения расчётов
Для того чтобы определить сечение провода, необходимо сперва измерить его диаметр. Для этого нам понадобится штангенциркуль либо микрометр. Так как нас интересует непосредственно окружность самого проводника, то предварительно необходимо будет зачистить его от изоляции. Если при покупке вам сделать это не позволят, тогда можно приобрести минимально допустимый кусок, после чего и проводить следующие манипуляции.
Когда необходимый параметр замерен, уже несложно будет рассчитать непосредственно и само сечение. Если интересует вопрос, чем производить замер предпочтительнее, то, можно сказать, что чем выше точность замера, тем и более точным будет конечный результат.
Бывают ситуации, когда в наличии просто нет ни штангенциркуля, ни микрометра. В таком случае сделать соответствующие замеры мы вполне сможем и при помощи простой линейки. Но здесь может встать необходимость покупать тестовый кусок, так как очистить от изоляции придётся сантиметров 10-15, и маловероятно, что это разрешат сделать бесплатно.
Как только провод освобождён от изоляции, его стоит намотать на цилиндрическую часть отвёртки
Обращайте внимание, чтобы витки прилегали как можно плотнее друг к другу, не оставляя зазоров. Концы с краёв должны быть выведены в одну из сторон, чтобы получившиеся витки имели законченную форму
Что касается количества витков, то это не принципиально, хотя лучше делать их 10, так как легче будет вести расчёт.
Осталось лишь измерить и высчитать непосредственно толщину нашего провода. Для этого измеряем длину используемых витков. Далее это значение делим на количество витков – полученный результат и будет искомым диаметром. В качестве примера возьмём количество витков 10. Длина всех этих десяти витков — 6,8 мм. Следовательно, 6,8 делим на 10, получаем 0,68. Именно это значение и есть искомый результат. Имея эти данные, можно искать и непосредственно сечение.
Как определить сечение провода кабеля для ввода в дом или квартиру
Самое первое, что нам нужно сделать, это рассчитать общую потребляемую мощность своей квартиры или дома. Как же это сделать? Да очень просто. Берем листок бумаги и пишем туда весь перечень электрических приборов, которые будут питаться от нашего кабеля.
Например:
чайник
микроволновая печь
стиральная машина
электрическая плита
холодильник
компьютер
телевизор
светильники
утюг
кондиционер.
У каждого электрического прибора имеется своя установленная мощность и указывается она в паспорте или на стикере. Напротив каждого электрического прибора пишем его мощность. Единица измерения — Ватт (Вт) или килоВатт (КВт). И считаем путем сложения суммарную установленную мощность своей квартиры, дома, дачи. Заметим, что расчет будем вести для однофазной (220 В) системы электроснабжения. Предположим, что у Вас получилось 16000 Вт или 16 КВт. Полученную мощность умножаем на коэффициент одновременного использования электроприборов (0,7-0,8) — этот коэффициент показывает, что Вы можете включить одновременно 70%-80% всего вышеперечисленного электрооборудования.
Для примера возьмем 0,8. 16000 х 0,8 = 12800 (Вт) = 12,8 (кВт) .
В зависимости от вида электропроводки (в воздухе или земле), материала жил и напряжения выбираем сечение. В данном примере у нас вводной кабель в квартиру выполнен медным трехжильным кабелем марки ВВГнг и проложен открыто. Получаем сечение кабеля 10 кв.мм.
Рассмотрим второй пример. Допустим, у нас в котедже имеется трехфазный асинхронный двигатель типа мощностью 550 (Вт), обмотки которого подключены звездой на напряжение 380 (В). Нам необходимо для него выбрать и определить сечение питающего кабеля. Смотрим номинальный ток двигателя при соединении звездой, указанный на бирке. Он составляет 1,6 (А) . Питающий кабель планируем приобрести медным, прокладывать будем по воздуху. Ищем соответствующие строки по таблице и находим необходимое сечение. Получаем 1,5 кв. мм. Сечение питающего кабеля для двигателя можно найти и по его мощности.
Сечение провода рассчитывают по следующей формуле:
S = π*r2 ,
где S – сечение провода, мм2; π – число равное 3,14; r — радиус провода, мм, который равен половине диаметра.
Диаметр провода токоведущей жилы без изоляции измеряют микрометром или штангенциркулем. Сечение жилы многопроволочных проводов и кабелей определяют по сумме сечений всех проволок.
Пользуются также другой формулой: S = 0,78d², где d – диаметр провода.
Выполняем расчет мощности по сечению провода
Как узнать пропускную мощность провода
Иногда в процессе эксплуатации может возникнуть потребность выполнить расчет мощности провода по сечению. Это может потребоваться в случае, если вам необходимо добавить в существующую сеть нового потребителя или заменить существующий прибор более мощным.
Прокладывать для этих целей новый кабель или провод — не всегда целесообразно, поэтому можно произвести расчет возможности использовать старый кабель или провод.
Выбор мощности под определенное сечение провода
Сечение провода и расчетная мощность электроприборов — это две неразрывно взаимосвязанные вещи. Поэтому, если у нас есть провод, то, исходя из номинальных параметров электроприборов, планируемых к подключению, можно определить их соответствие.
Определяющую роль при этом выборе играют табл. 1.3.4 и 1.3.5 ПУЭ для медных и алюминиевых проводов соответственно.
Определение номинальной мощности электроприборов
Первой проблемой, с которой мы можем столкнуться при выборе соответствия проводов и мощности приборов является несоразмерность величин. Ведь в таблицах 1.3.4 и 1.3.5 ПУЭ приведена зависимость сечения провода от номинального тока. Нам же необходимо перевести ее в номинальную активную мощность.
Табл.1.3.4 ПУЭ для медных проводов
Итак:
- Дабы выполнить перевод величин для однофазной сети переменного тока можно воспользоваться формулой: , где Р – номинальная активная мощность, U – напряжение электросети (для однофазной сети оно составляет 220В), I – номинальный ток для определенного сечения провода, выбранный по соответствующей таблице ПУЭ, а cosα – это коэффициент мощности, который является соотношением полной и активной мощности.
- Самой большой проблемой в данной формуле является значение cosα. Обычно оно указывается в паспорте прибора. Иногда его можно пересчитать, исходя из соотношения полной мощности, измеряемой ВА и активной мощности, измеряемой Вт. Если вы подключаете не дроссель, трансформатор или электродвигатель, то его значение будет близко к единице. Для видео, аудио и другой бытовой техники может существенно отличаться.
- Произведя этот нехитрый расчет, мы получаем номинальную мощность, которую способен пропустить провод данного сечения для конкретного потребителя. Ведь для разных потребителей значение номинальной мощности одного и того же провода может существенно отличаться.
- Произведя такой расчет, вы можете определить, подходит ли новый электроприбор к старой проводке. Хотя, откровенно говоря, в большинстве случаев электрики предпочитают произвести расчет тока по сечению провода.
Обратите внимание! При замене электроприборов следует уделить внимание не только соответствию проводки, но и соответствию розетки, если таковая предусмотрена. В этом случае нам потребуется знать номинальный ток прибора. Ведь розетки выпускаются с номиналами в 10, 16 и 25А. Дабы розетка соответствовала электроприбору, следует выбрать ближайшее большее значение.
Проверка соответствия провода при увеличении мощности сети
Но значительно чаще приходится сталкиваться с необходимостью добавления новой розетки или выключателя (см. Установка розеток и выключателей своими руками) в уже существующую сеть. В этом случае необходимо проверить, что данный провод выдержит увеличении нагрузки и не перегорит.
В этом случае лучше производить расчет также, как советует инструкция по выбору сечения провода.
На фото приведена табл.1.3.5 ПУЭ для алюминиевых проводов
- Допустим, мы решили подключить дополнительную розетку. В этом случае нам необходимо произвести расчет суммарной нагрузки всех уже подключенных приемников. А затем добавить предполагаемую максимальную нагрузку новой розетки и проверить выдержит ли провод такой ток.
- Для этого выполняем расчет силы тока в каждой розетке и выключателей, подключенных к данной группе, а затем суммируем их. Делается это по той же формуле, только теперь рассчитываем номинальный ток, исходя из известных нам значений номинальной мощности.
- Произведя расчет по току сечения провода, делаем вывод о возможности подключения дополнительной розетки. Зачастую сделать это невозможно и подключение новой розетки или выключателя можно выполнить только при условии снижения коэффициента использования электроприборов данной группы. То есть, в этом случае нельзя включать все приборы одновременно. И чем больше нагрузка вновь подключаемых приборов, тем меньшее число приборов вы можете включить одновременно в данной группе.
Обратите внимание! Что, согласно п. 1.3.10 ПУЭ, нулевые и защитные проводники не принимаются в расчет при определении количества проводов. Но это правило распространяется только на трехфазные сети.
Некоторые особенности расчета при добавлении нагрузки сети
Но расчет силы тока по сечению провода должен включать в себя и еще целый ряд параметров, которые могут быть определяющими в некоторых случаях. Ведь сечение провода выбирается, исходя из условий нагрева проводника и теплоотдачи, а этот параметр может существенно варьировать при разных способах прокладки.
Поправочные коэффициенты из табл. 1.3.12 ПУЭ
Итак:
- Прежде всего, следует учитывать, что, согласно п.1.3.10 ПУЭ, значения в таблицах зависимости нагрузки провода от сечения должны быть уменьшены при их совместной прокладке. Если прокладывается пучком более 5 проводов, то коэффициент составляет 0,68. Если более 7 проводов, то 0,63, если более 10, то 0,6.
- Кроме того, если кабели или провода проложены пучками в коробах, то тут также следует применять понижающие коэффициенты. Они приведены в таблице 1.3.12 ПУЭ.
- Сечение и соответственно цена провода может существенно измениться и при прокладке провода по жарким помещениям, например, саунам. В этом случае, согласно табл. 1.3.3 ПУЭ, следует использовать поправочные коэффициенты.
Поправочные коэффициенты из табл. 1.3.3 ПУЭ
Вывод
Как видите, произвести расчёт соответствия проводу подключаемой нагрузке не так уж и сложно, и это вполне можно сделать своими руками. При этом следует помнить, что соответствие сечения провода — это только одна из проблем.
Ведь следует еще помнить о соответствии электроустановочного оборудования, защитного оборудования, да и о снижении электрических свойств контактов и проводов вследствие их старения нельзя забывать. Поэтому, если вам необходимо произвести замену электрической сети, не стоит отделываться полумерами.
по мощности, силе тока, длине
В зависимости от потребляемой мощности оборудования, рассчитывается сечение кабеля, которое зависит от силы тока, напряжения и длине самого кабеля. Производители кабельной продукции предлагают рынку богатый ассортимент, разобраться в котором и выбрать то, что нужно не просто.
От правильного выбора зависит не только его стоимость, но и электробезопасность при эксплуатации электрооборудования. Если сечение кабеля рассчитано неправильно и оно значительно ниже требуемого, то это может привести к перегреву изоляции, короткому замыканию и возможному возгоранию, что приведет к пожару.
Затраты на устранение последствий от такой ситуации несоизмеримы с теми, которые нужны чтобы выполнить грамотный расчет проводки, даже с привлечением специалиста.
В этой статье предлагается простая методика расчета сечения проводника, которая окажет методическую помощь, желающим самим правильно рассчитать и смонтировать кабельную проводку.
Содержание статьи
Расчет по мощности электроприборов
Любой кабель или провод, в зависимости от материала из которого он изготовлен, может выдержать определенную (номинальную) силу тока, а она имеет прямую зависимость от его сечения и длины. Определить общую потребляемую мощность всех установленных приборов не сложно. Для этого составляется перечень всего оборудования с указанием потребляемой мощности каждой единицы. Все указанные значения суммируются.
Этот расчет выполняется по следующей формуле:
Pобщ = (P1+P2+P3+…+Pn)×0.8
Где:
- Pобщ – общая сумма всех нагрузок.
- (P1+P2+P3+…+Pn) – потребляемая мощность каждого оборудования.
- 0,8 – это поправочный коэффициент, который характеризует степень загрузки всех приборов. Обычно приборы редко когда используются одновременно. Такие, как фен, пылесос или электрокамин, используются довольно редко
Полученная сумма будет использоваться для дальнейшего расчета.
Таблицы, по которым выбирается сечение кабеля
Расчет для алюминиевого проводаРасчет для медного проводаВыбрать нужное сечение по данным таблицы не так, сложно. По установленной мощности, величине напряжения и тока, выбирается размер сечения кабеля для закрытой и открытой проводки. Так же подбирается и материал, из которого изготовлен кабель.
На примере это будет выглядеть так: допустим общая потребляемая мощность электроэнергии в доме составила 13 кВт. Если это значение умножить на поправочный коэффициент 0.8, то номинальная потребляемая мощность составит 10.4 кВт. По таблице выбирается близкая по значению величина мощности. В данном случае для однофазной сети будет число 10.1 кВт, а для трехфазной 10.5 кВт. Для этих значений потребляемой мощности, выбирается сечение 6 мм2 и 1.5 мм2 соответственно.
Расчет сечения кабеля по силе тока
Если расчет по мощности не такой уж точный, то расчет по силе тока может дать самые оптимальные размеры сечения кабеля, что довольно важно, если используется медный кабель и в большом количестве.
Для начала необходимо определить токовую нагрузку на всю электропроводку. Она складывается из такой нагрузки для каждого из приборов и рассчитываются по таким формулам.
Для однофазной сети применяется следующая формула: I= P:(Uˑcos), а для трехфазной I=P÷√3×Uˑcos
Где:
- I- сила тока
- U – напряжение в сети
- Cos – коэффициент мощности
Полученные таким способом расчета данные суммируются, и определяется токовая нагрузка на всю проводку. Из таблицы подбираются точные размеры сечения для всей сети. В таблице имеются значения для открытой и закрытой проводки. Они значительно отличаются друг от друга.
Таблица по выбору сечения кабеля в зависимости от силы тока.
Соотношения диаметра жил к токовым нагрузкамРасчет по длине кабеля
В любом проводнике, сопротивление тока зависит от его длины. На этом свойстве и основан третий способ расчета сечения кабеля. Чем длиннее проводник, тем больше потери в сети. Если они превышают более 5%, то выбирают кабель с большим сечением.
Для определения сечения кабеля определяют суммарную мощность всех установленных приборов и силу тока, который будет протекать по проводнику. Для этого можно использовать, выше приведенную форму расчета. Далее выполняется расчет сопротивления проводки по следующей формуле:
- R=(p×L)÷S, где p — удельное сопротивление проводника, которое приводится в специальных таблицах;
- L – длина проводника в метрах, умножается на два, так как ток течет по фазному и нулевому проводу;
- S- площадь поперечного сечения кабеля.
Далее производится расчет потери напряжения, где сила тока умножается на сопротивление, полученное при расчете. Полученное значение делится на величину напряжение в сети и умножается на 100%.
Если итоговое значение меньше 5%, то сечение кабеля выбрано правильно. В противном случае необходимо подобрать проводник большего сечения.
В любом случае при расчете сечения проводки, необходимо делать соответствующие поправки на перспективу. Возможно, появится желание приобрести более современные дополнительные бытовые приборы, которые будут потреблять больше электроэнергии. Поэтому желательно увеличить сечение проводки хотя бы на одну ступень. При этом вся проводка должна быть выполнена из медного провода.
Видео по расчету сечения кабеля
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Пропускная способность по току — обзор
2.3 Транспорт с высоким смещением
При высоких смещениях на пропускную способность углеродных нанотрубок по току существенно влияет электрон-фононное рассеяние. На рис. 2.8 показаны экспериментально измеренные вольт-амперные характеристики нанотрубки малого диаметра. Проводимость максимальна при нулевом смещении и уменьшается с увеличением смещения, что свидетельствует об увеличении электрон-фононного рассеяния. Для рассмотрения режима переноса с большим смещением в металлических нанотрубках был предложен подход, основанный на уравнении Больцмана [25].Подход с использованием уравнения Больцмана описывает временную эволюцию и пространственную зависимость функций распределения электронов
Рисунок 2.8. Зависимость тока от приложенного смещения металлической нанотрубки при разных температурах. Дифференциальная проводимость максимальна при нулевом смещении и достигает гораздо более низких значений при высоких смещениях. Рисунок после Ref. [25].
fL (E, x)
и
fR (E, x)
, которые представляют движущиеся влево и вправо электроны. При наличии процессов рассеяния и однородного электрического поля эти уравнения равны
(2.36) ∂fL∂t + vF∂fL∂x + 1ħeVL∂fL∂k = [∂fL∂t] рассеяние
∂fR∂t − vF∂fR∂x − 1ħeVL∂fR∂k = [∂fR∂t ] рассеяние.
Три источника рассеяния включены для описания переноса большого смещения в металлических углеродных нанотрубках: упругое рассеяние на дефектах, обратное рассеяние на фононах и прямое рассеяние на фононах. Упругое рассеяние определяется выражением
(2.37) [∂fL∂t] elastic = vFle (fL − fR)
, где
le
— упругая длина свободного пробега. Столкновения обратного рассеяния с фононами приводят к скорости изменения функции заполнения
(2.38) [∂fL (E) ∂t] bp = vFlbp {[1 − fL (E)] fR (E + ħΩ) — [1 − fR (E − ħΩ)] fL (E)}
, а нападающий рассеяние на фононах равно
(2.39) [∂fL (E) ∂t] fp = vFlfp {[1 − fL (E)] fL (E + ħΩ) — [1 − fL (E − ħΩ)] fL (E )}.
Эти уравнения дополняются граничными условиями на контактах
(2.40) fR (E) | x = 0 = tL2f0 (E − μL) + (1 − tL2) fL (E) | x = 0
fL ( E) | x = L = tR2f0 (E − μR) + (1 − tR2) fR (E) | x = L
, где
f0
— равновесное распределение Ферми, а
tL, R
— коэффициенты передачи на контактах.Как только функции распределения определены путем решения уравнений Больцмана с граничными условиями, ток вычисляется из
(2.41) I = 4e2h∫ (fL − fR) dE
, где функции распределения могут быть вычислены при любом (кроме то же самое) точка
x
в установившемся режиме. Рис. 2.9 показывает численно рассчитанный [25] ток в зависимости от напряжения для металлической углеродной нанотрубки длиной один микрон, включая электрон-фононное рассеяние с фононами 150 мэВ, и с параметрами
Рис. 2.9. Расчет зависимости тока от напряжения для металлической углеродной нанотрубки с использованием уравнения переноса Больцмана и электрон-фононного рассеяния. На вставке показан процесс электрон-фононного рассеяния, при котором электроны с энергией, превышающей энергию фонона, испускают фонон и рассеиваются обратно. Рисунок после Ref. [25].
tL, R2 = 0,5
,
le = 300 нм, lpb = 10 нм
и
lpf = ∞
. Превосходное согласие с экспериментом показывает, что длина свободного пробега для рассеяния оптических фононов составляет около 10 нм, и преобладает рассеяние на фононах в диапазоне 150 мэВ.
Поскольку длина свободного пробега для рассеяния на оптических фононах мала, проводимость при большом смещении заметно снижается в нанотрубках, которые намного длиннее этой длины свободного пробега. Если предположить, что все электроны, падающие из левого контакта с энергией на 160 мэВ, превышающей энергию Ферми на стороне стока, отражаются эмиссией фононов, то максимальный ток, протекающий в длинной нанотрубке (много длин свободного пробега) при больших смещениях, составляет примерно
(2,42) I = 4e2h260 мВ = 25 мкА.
В ряде экспериментов сообщалось о токах, сравнимых с 25 мкА в длинных нанотрубках [20, 25, 26]. Недавнее моделирование вольт-амперных характеристик в баллистическом пределе и с электрон-фононными взаимодействиями также показало, что рассеяние на оптических фононах происходит в масштабе нескольких десятков нанометров, как показано на рис. 2.10. При малых смещениях проводимость
Рисунок 2.10. Расчетные вольт-амперные характеристики в баллистическом пределе (штриховая линия) и при электрон-фононном рассеянии для различных длин.Для самой длинной рассматриваемой нанотрубки (213 нм) ток близок к 25 мкА, как предполагает формула. (2.42). По мере уменьшения длины нанотрубки ток приближается к баллистическому пределу. Рисунок после Ref. [27].
dI / dV
— это почти
4e2 / h
, независимо от длины нанотрубки, что указывает на перенос баллистического заряда в пересекающихся поддиапазонах. По мере увеличения смещения допустимая нагрузка по току и дифференциальная проводимость зависят от длины. Самая длинная из рассматриваемых нанотрубок (длина 213 нм) значительно превышает длину свободного пробега около 10 нм.Расчетный ток для этой нанотрубки составляет около 25 мкА при смещении 1 В, что согласуется с формулой. (2.42). По мере уменьшения длины нанотрубки пропускная способность по току увеличивается и приближается к баллистическому пределу (пунктирная линия) на рис. 2.8.
Следует отметить, что экспериментально измеренные длины свободного пробега для рассеяния оптических фононов почти в пять раз меньше теоретических предсказаний. В [20] теоретически средняя длина свободного пробега из-за оптического и зонного рассеяния на границах оценивается примерно в 50 нм, но было обнаружено, что экспериментальные данные могут быть объяснены только при условии, что чистая длина свободного пробега составляет 10 нм.Причина этого несоответствия неясна. Одна возможность состоит в том, что испускаемые фононы не могут легко рассеяться в окружающую среду, что приводит к избытку горячих фононов и меньшей экспериментально наблюдаемой длине свободного пробега.
В отличие от нанотрубок малого диаметра, многостенные нанотрубки большого диаметра демонстрируют увеличение дифференциальной проводимости при приложении смещения [8, 28, 29]. На рис. 2.11 показаны экспериментально измеренные ток и проводимость в зависимости от смещения для нанотрубки диаметром 15.6 нм [28]. Низкая проводимость смещения составляет
Рисунок 2.11. Наблюдаемая кривая
I
—V
одиночной многослойной углеродной нанотрубки в диапазоне смещения от -8 до 8 В (правая ось). Проводимость вокруг нулевого смещения составляет0,4G0
и линейно увеличивается до приложенного смещения 5,8 В, где она уменьшается. Многослойная нанотрубка имеет более 15 оболочек и имеет диаметр и длину приблизительно 15,6 и 500 нм соответственно. Рисунок из Ref. [28].0,4G0
вместо максимального
2G0
.Что еще более важно, проводимость увеличивается с приложенным смещением, что также замечено в [5]. [8]. Это качественно отличается от описанного выше случая нанотрубок малого диаметра, где проводимость уменьшается с увеличением смещения (рис. 2.8). Существует много потенциальных причин увеличения проводимости со смещением, наблюдаемого в этих многостенных нанотрубках большого диаметра. Одна из возможностей состоит в том, что внутренние стенки многослойной нанотрубки начинают проводить ток по мере увеличения смещения. Однако недавние теоретические работы показали, что этот механизм маловероятен [30].Наиболее вероятным объяснением увеличения проводимости при приложении смещения является туннелирование Зинера между непересекающимися валентными зонами и зоной проводимости [31]. Этот процесс показан на рис. 2.12. Рассмотрим электрон, падающий в непересекающуюся валентную подзону нанотрубки из левого контакта. Этот электрон может либо туннелировать в подзону непересекающейся проводимости с той же симметрией (пунктирная стрелка), либо отражаться по Брэггу обратно в левый контакт (пунктирная стрелка). Барьер для туннелирования Зенера в непересекающейся поддиапазоне составляет
Рисунок 2.12. Каждый прямоугольный прямоугольник представляет собой график зависимости энергии от волнового вектора, нижняя часть поддиапазона которого равна электростатическому потенциалу. Для ясности показаны только несколько поддиапазонов. Показаны три процесса: прямая передача (сплошная линия), брэгговское отражение (пунктирная линия) и межподзонное туннелирование (пунктирная линия). Рисунок после Ref. [31].
ΔENC
, а ширина туннельного барьера зависит от профиля потенциала в нанотрубке. Поскольку высота барьера
ΔENC
увеличивается с уменьшением диаметра нанотрубок, оказывается, что непересекающиеся подзоны металлических нанотрубок малого диаметра не проводят значительного тока [27, 31].С другой стороны, для нанотрубок большого диаметра барьер для туннелирования
ΔENC
намного меньше, и в результате вероятность туннелирования увеличивается с увеличением диаметра нанотрубки. Самосогласованные расчеты вольт-амперных характеристик коротких нанотрубок действительно показывают существенную зависимость проводимости от диаметра, возникающую из-за туннелирования в непересекающиеся / полупроводниковые подзоны [27, 31].
Наконец, мы обсудим падение электростатического потенциала в углеродных нанотрубках при низком и высоком смещении.Мы ограничимся обсуждением идеальной связи между нанотрубкой и контактами. В этом случае проводимость нанотрубки определяется количеством подзон, по которым проходит ток и происходит рассеяние из-за электрон-фононного взаимодействия внутри нанотрубки. Обратите внимание, что дополнительное сопротивление на границе контакта нанотрубки вызовет падение приложенного смещения на этом сопротивлении в дополнение к падению на нанотрубке.
При низком смещении, меньшем, чем энергия оптических и зонных граничных фононов (160 мэВ), электрон-фононное рассеяние подавляется, и, следовательно, бездефектные нанотрубки являются существенно баллистическими.В этом пределе низкого смещения приложенное смещение в основном падает на двух концах нанотрубки, как показано на рис. 2.13 (а). Интересно, что даже несмотря на то, что нанотрубка является баллистической, электрическое поле вблизи контакта зависит от диаметра трубки. Электрическое поле в центре нанотрубки увеличивается с увеличением диаметра, потому что плотность состояний на атом уменьшается с увеличением диаметра, как показано, например, в уравнении. (1.41). Это делает экранирование в нанотрубках большего диаметра менее эффективным.Когда приложенное смещение увеличивается, позволяя излучать оптические и граничные фононы зоны, электростатический потенциал равномерно падает по длине нанотрубки при условии, что длина нанотрубки во много раз превышает длину свободного пробега. Падение потенциала на рис. 2.13 (б) соответствует этому случаю.
Рисунок 2.13. Расчетный электростатический потенциал вдоль оси нанотрубки. (а) Низкий потенциал смещения для (12,0) и (240,0) нанотрубок, которые имеют диаметры 0,94 и 18,8 нм соответственно. Приложенное смещение составляет 100 мВ.Экранирование нанотрубок большого диаметра значительно хуже. Длина нанотрубки составляет 213 нм. (b) Потенциал как функция положения показан для (12,0) нанотрубок длиной 42,6 и 213 нм в присутствии рассеяния (сплошная линия), с профилем потенциала в баллистическом пределе (пунктирная линия), показанным для сравнения. . Рисунок после Ref. [27].
5.3 Удельное сопротивление и сопротивление — Введение в электричество, магнетизм и схемы
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
К концу этого раздела вы сможете:
- Разница между сопротивлением и удельным сопротивлением
- Определите термин проводимость
- Опишите электрический компонент, известный как резистор
- Укажите взаимосвязь между сопротивлением резистора и его длиной, площадью поперечного сечения и удельным сопротивлением
- Укажите взаимосвязь между удельным сопротивлением и температурой
Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он создает разность потенциалов, которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на свободные заряды, вызывая ток. Величина тока зависит не только от величины напряжения, но и от характеристик материала, через который протекает ток. Материал может сопротивляться потоку зарядов, и мера того, насколько материал сопротивляется потоку зарядов, известна как удельное сопротивление .Это удельное сопротивление грубо аналогично трению между двумя материалами, которые сопротивляются движению.
Удельное сопротивление
Когда к проводнику прикладывается напряжение, создается электрическое поле, и заряды в проводнике ощущают силу, создаваемую электрическим полем. Плотность тока зависит от электрического поля и свойств материала. Эта зависимость может быть очень сложной. В некоторых материалах, включая металлы при данной температуре, плотность тока приблизительно пропорциональна электрическому полю.В этих случаях плотность тока можно смоделировать как
где — электропроводность . Электропроводность аналогична теплопроводности и является мерой способности материала проводить или передавать электричество. Проводники имеют более высокую электропроводность, чем изоляторы. Поскольку удельная электропроводность равна, единицы равны
Здесь мы определяем единицу с именем Ом с греческим символом омега в верхнем регистре,.Устройство названо в честь Георга Симона Ома, о котором мы поговорим позже в этой главе. Используется, чтобы избежать путаницы с числом. Один Ом равен одному вольту на ампер:. Таким образом, единицы электропроводности равны.
Электропроводность — это внутреннее свойство материала. Другим неотъемлемым свойством материала является удельное сопротивление , или удельное электрическое сопротивление. Удельное сопротивление материала — это мера того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока.Символ удельного сопротивления — строчная греческая буква ро, а удельное сопротивление — величина, обратная удельной электропроводности:
.Единица измерения удельного сопротивления в единицах СИ — ом-метр. Мы можем определить удельное сопротивление через электрическое поле и плотность тока,
(5.3.1)
Чем больше удельное сопротивление, тем большее поле необходимо для создания заданной плотности тока. Чем ниже удельное сопротивление, тем больше плотность тока, создаваемого данным электрическим полем.Хорошие проводники обладают высокой проводимостью и низким удельным сопротивлением. Хорошие изоляторы обладают низкой проводимостью и высоким удельным сопротивлением. В таблице 5.3.1 приведены значения удельного сопротивления и проводимости для различных материалов.
(таблица 5.3.1)
Таблица 5.3.1. Сопротивление и удельная электропроводность различных материалов при
[1] Значения сильно зависят от количества и типов примесей.
Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельного сопротивления.У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют разную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться. Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике. Эти уникальные свойства полупроводников находят применение в современной электронике, о чем мы поговорим в следующих главах.
ПРИМЕР 5.3.1
Плотность тока, сопротивление и электрическое поле для токоведущего провода
Рассчитайте плотность тока, сопротивление и электрическое поле медного провода диаметром (), по которому проходит ток.
Стратегия
Мы можем рассчитать плотность тока, сначала найдя площадь поперечного сечения провода, а также определение плотности тока. Сопротивление можно найти, используя длину провода, площадь и удельное сопротивление меди, где.Удельное сопротивление и плотность тока можно использовать для определения электрического поля.
Решение
Сначала рассчитаем плотность тока:
Сопротивление провода
Наконец, мы можем найти электрическое поле:
Значение
Исходя из этих результатов, неудивительно, что медь используется для проводов, проводящих ток, потому что сопротивление довольно мало. Обратите внимание, что плотность тока и электрическое поле не зависят от длины провода, но напряжение зависит от длины.
ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 5.5
Медные провода обычно используются для удлинителей и домашней электропроводки по нескольким причинам. Медь имеет самый высокий рейтинг электропроводности и, следовательно, самый низкий рейтинг удельного сопротивления среди всех недрагоценных металлов. Также важна прочность на разрыв, где прочность на разрыв является мерой силы, необходимой для того, чтобы подтянуть объект к точке, где он сломается. Прочность материала на разрыв — это максимальное значение растягивающего напряжения, которое он может выдержать перед разрушением.Медь обладает высокой прочностью на разрыв. Третья важная характеристика — пластичность. Пластичность — это мера способности материала вытягиваться в проволоку и мера гибкости материала, а медь обладает высокой пластичностью. Подводя итог, можно сказать, что проводник является подходящим кандидатом для изготовления проволоки, по крайней мере, с тремя важными характеристиками: низким удельным сопротивлением, высокой прочностью на разрыв и высокой пластичностью. Какие еще материалы используются для электромонтажа и в чем их достоинства и недостатки?
Температурная зависимость удельного сопротивления
Возвращаясь к таблице 5.3.1 вы увидите столбец «Температурный коэффициент». Удельное сопротивление некоторых материалов сильно зависит от температуры. В некоторых материалах, таких как медь, удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Фактически, в большинстве проводящих металлов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Повышение температуры вызывает повышенные колебания атомов в структуре решетки металлов, которые препятствуют движению электронов. В других материалах, таких как углерод, удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры.Во многих материалах зависимость является приблизительно линейной и может быть смоделирована с помощью линейного уравнения:
(5.3.2)
где — удельное сопротивление материала при температуре, — температурный коэффициент материала, а — удельное сопротивление при, обычно принимаемое равным.
Обратите внимание, что температурный коэффициент для полупроводников, перечисленных в Таблице 5.3.1, отрицательный, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока.Это свойство уменьшаться с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.
Сопротивление
Теперь рассмотрим сопротивление провода или компонента. Сопротивление — это мера того, насколько сложно пропустить ток через провод или компонент. Сопротивление зависит от удельного сопротивления. Удельное сопротивление является характеристикой материала, используемого для изготовления провода или другого электрического компонента, тогда как сопротивление является характеристикой провода или компонента.
Чтобы рассчитать сопротивление, рассмотрите сечение токопроводящего провода с площадью поперечного сечения, длиной и удельным сопротивлением. Батарея подключается к проводнику, обеспечивая на нем разность потенциалов (рисунок 5.3.1). Разность потенциалов создает электрическое поле, пропорциональное плотности тока, согласно.
(рисунок 5.3.1)
Рисунок 5.3.1 Потенциал, создаваемый батареей, прикладывается к сегменту проводника с площадью поперечного сечения и длиной.Величина электрического поля на участке проводника равна напряжению, деленному на длину,, а величина плотности тока равна току, деленному на площадь поперечного сечения,. Используя эту информацию и вспоминая, что электрическое поле пропорционально удельному сопротивлению и плотности тока, мы можем видеть, что напряжение пропорционально току:
СОПРОТИВЛЕНИЕ
Отношение напряжения к току определяется как сопротивление :
(5.3.3)
Сопротивление цилиндрического сегмента проводника равно удельному сопротивлению материала, умноженному на длину, разделенную на площадь:
(5.3.4)
Единица измерения сопротивления — Ом. Для заданного напряжения чем выше сопротивление, тем ниже ток.
Резисторы
Обычным компонентом электронных схем является резистор. Резистор можно использовать для уменьшения протекания тока или обеспечения падения напряжения. Рисунок 5.3.2 показаны символы, используемые для резистора в принципиальных схемах цепи. Два широко используемых стандарта для принципиальных схем предоставлены Американским национальным институтом стандартов (ANSI, произносится как «AN-см.») И Международной электротехнической комиссией (IEC). Обе системы обычно используются. Мы используем стандарт ANSI в этом тексте для его визуального распознавания, но отметим, что для более крупных и сложных схем стандарт IEC может иметь более четкое представление, что упрощает чтение.
(рисунок 5.3.2)
Рисунок 5.3.2 Обозначения резистора, используемого в принципиальных схемах. (а) символ ANSI; (b) символ IEC.Зависимость сопротивления материала и формы от формы
Резистор можно смоделировать как цилиндр с площадью поперечного сечения и длиной, сделанный из материала с удельным сопротивлением (рисунок 5.3.3). Сопротивление резистора составляет.
(рисунок 5.3.3)
Рисунок 5.3.3 Модель резистора в виде однородного цилиндра длины и площади поперечного сечения.Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению трубы потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше площадь его поперечного сечения, тем меньше сопротивление.Чаще всего для изготовления резистора используется углерод. Углеродная дорожка намотана на керамический сердечник, к нему прикреплены два медных провода. Второй тип резистора — это металлопленочный резистор, который также имеет керамический сердечник. Дорожка сделана из материала оксида металла, который имеет полупроводниковые свойства, аналогичные углеродным.Опять же, в концы резистора вставляются медные провода. Затем резистор окрашивается и маркируется для идентификации. Резистор имеет четыре цветные полосы, как показано на рисунке 5.3.4.
(рисунок 5.3.4)
Рисунок 5.3.4 Многие резисторы напоминают рисунок, показанный выше. Четыре полосы используются для идентификации резистора. Первые две цветные полосы представляют собой первые две цифры сопротивления резистора. Третий цвет — множитель. Четвертый цвет обозначает допуск резистора.Показанный резистор имеет сопротивление.Сопротивления варьируются от многих порядков. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление или более. Сухой человек может иметь сопротивление руки к ноге, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около. Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления при низких температурах. Как мы видели, сопротивление зависит от формы объекта и материала, из которого он состоит.
Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку оно прямо пропорционально. Мы знаем, что для цилиндра, если и не сильно изменяются с температурой, имеет ту же температурную зависимость, что и. (Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше типичных температурных коэффициентов удельного сопротивления, поэтому влияние температуры на и примерно на два порядка меньше, чем на.) Таким образом,
(5.3.5)
— это температурная зависимость сопротивления объекта, где — исходное сопротивление (обычно принимаемое равным), а — сопротивление после изменения температуры. Цветовой код показывает сопротивление резистора при температуре.
Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление (рисунок 5.3.5). Один из наиболее распространенных термометров основан на термисторе, полупроводниковом кристалле с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры.Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.
(рисунок 5.3.5)
Рисунок 5.3.5 Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 5.6
Тензодатчик — это электрическое устройство для измерения деформации, как показано ниже. Он состоит из гибкой изолирующей основы, поддерживающей рисунок из проводящей фольги.Сопротивление фольги изменяется по мере растяжения основы. Как меняется сопротивление тензодатчика? Влияет ли тензодатчик на изменение температуры?
ПРИМЕР 5.3.3
Сопротивление коаксиального кабеля
Длинные кабели иногда могут действовать как антенны, улавливая электронные шумы, которые являются сигналами от другого оборудования и приборов. Коаксиальные кабели используются во многих приложениях, которые требуют устранения этого шума. Например, их можно найти дома через кабельное телевидение или другие аудиовизуальные соединения.Коаксиальные кабели состоят из внутреннего проводника с радиусом, окруженного вторым внешним концентрическим проводником с радиусом (рисунок 5.3.6). Пространство между ними обычно заполнено изолятором, например полиэтиленовым пластиком. Между двумя проводниками возникает небольшой ток радиальной утечки. Определите сопротивление коаксиального кабеля соответствующей длины.
(рисунок 5.3.6)
Рисунок 5.3.6 Коаксиальные кабели состоят из двух концентрических проводников, разделенных изоляцией.Они часто используются в кабельном телевидении или других аудиовизуальных средствах связи.Стратегия
Мы не можем использовать уравнение напрямую. Вместо этого мы смотрим на концентрические цилиндрические оболочки с толщиной и интегрируем.
Решение
Сначала мы находим выражение, а затем интегрируем от до,
Значение
Сопротивление коаксиального кабеля зависит от его длины, внутреннего и внешнего радиусов, а также удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника.Поскольку это сопротивление не бесконечно, между двумя проводниками возникает небольшой ток утечки. Этот ток утечки приводит к ослаблению (или ослаблению) сигнала, передаваемого по кабелю.
ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 5.7
Сопротивление между двумя проводниками коаксиального кабеля зависит от удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника, длины кабеля и внутреннего и внешнего радиуса двух проводников. Если вы разрабатываете коаксиальный кабель, как сопротивление между двумя проводниками зависит от этих переменных?
Кандела Цитаты
Лицензионный контент CC, особая атрибуция
- Загрузите бесплатно по адресу http: // cnx.org/contents/[email protected]. Получено с сайта : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Attribution
Цель — 8: Сопротивление металлического проводника — CCEA — GCSE Physics (Single Science) Revision — CCEA
Экспериментально исследовать, как сопротивление металлического проводника при постоянной температуре зависит от длины, и получить достаточные значения для построения графика сопротивление (ось y) и длина (ось x).
Переменные
Основными переменными в научном эксперименте являются независимая переменная, зависимая переменная и контрольные переменные.
Независимая переменная — это то, что мы изменяем или контролируем в эксперименте.
Зависимая переменная — это то, что мы тестируем и будем измерять в эксперименте.
Контрольные переменные — это то, что мы сохраняем неизменными во время эксперимента, чтобы убедиться, что это честный тест.
В этом эксперименте:
- Независимая переменная — это длина провода.
- Зависимая переменная — это сопротивление провода.
- Управляющие переменные — это материал, площадь поперечного сечения и температура провода. Они сохраняются неизменными за счет того, что не меняют провод во время эксперимента, сохраняют небольшой ток и открывают переключение между измерениями.
Помните — эти переменные контролируются (или остаются неизменными), потому что для проверки достоверности можно изменить только 1 переменную, которая в данном случае является длиной провода.
Уравнение
Сопротивление R = \ (\ frac {напряжение ~ V} {ток ~ I} \)
Прогноз
По мере увеличения длины провода сопротивление будет увеличиваться.
Обоснование прогноза
Чем больше длина провода, тем больше количество столкновений между свободными электронами и ионами металлов.
Это приведет к большему сопротивлению.
Безопасность
| Опасность | Последствия | Меры контроля |
|---|---|---|
| Вода | Поражение электрическим током | Не ставьте эксперимент рядом с кранами, раковинами и т. Д. |
| Проволока нагревается | Незначительные ожоги | Не трогайте провод. Выключайте между измерениями. |
Аппарат
Длина константанового провода 1 м, линейка для счетчика, блок питания низкого напряжения, вольтметр, амперметр, соединительные провода, выключатель, 2 зажима типа «крокодил», скотч.
Метод
- Настройте схему, как показано выше. Прикрепите гибкий провод к отметке 20 см так, чтобы длина провода, по которому протекает ток, составляла 20 см.Запишите эту длину в подходящую таблицу.
- Отрегулируйте блок питания, пока ток на амперметре не станет 0,4 А. Запишите значение тока в таблицу.
- Считайте соответствующее значение напряжения на проводе на вольтметре и запишите в таблицу.
- Выключите выключатель, чтобы не допустить повышения температуры проволоки.
- Включите снова и повторите измерение напряжения. Запишите в таблицу. Выключите и рассчитайте среднее напряжение.
- Вычислите сопротивление этой длины провода и запишите в таблицу.
- Включите снова. Убедитесь, что ток по-прежнему составляет 0,4 А, и повторите измерение тока и напряжения для длин 40 см, 50 см, 60 см, 80 см и 100 см.
- Рассчитайте сопротивление для каждой длины, не забывая выключать между каждым считыванием.
Ошибка
Температура провода должна поддерживаться постоянной.
Когда через проводник течет ток, возникает эффект нагрева.
Электрическая энергия преобразуется в тепловую.
Чтобы температура провода не повышалась, в перерывах между считыванием показаний выключайте ток и поддерживайте минимально возможный ток.
Точно снимите показания амперметра и вольтметра, считывая шкалу непосредственно над указателем, или используйте цифровые приборы.
Microsoft Word — Revision1April_26_2015_NoMarks
% PDF-1.5 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 2 0 obj > транслировать application / pdf
Полное сопротивление кабеля
Этот документ пытается прояснить некоторые детали линий передачи. и индуктивность кабеля.Этот документ представляет собой лишь краткое введение в эти темы. Если вы планируете много работать с линиями передачи, коаксиальными или в противном случае стоит потратить время, чтобы получить книгу об этом тема. Идеальная книга зависит от вашего образования в области физики или электротехники. инженерное дело и математика.
Какое сопротивление кабеля и когда оно необходимо?
Основная идея заключается в том, что проводник на радиочастотах больше не ведет себя как проводник. штатный старый провод. Так как длина жилы (провода) приближается примерно к 1/10 длина волны передаваемого сигнала — старая добрая схема правила анализа больше не применяются.Это тот момент, когда такие вещи, как На сцену выходят импеданс кабеля и теория линии передачи.
Ключевой принцип всей теории линий передачи состоит в том, что полное сопротивление источника должен быть равен импедансу нагрузки для достижения максимальной передачи мощности и минимальное отражение сигнала в пункте назначения. В реальном мире обычно это означает, что полное сопротивление источника такое же, как и полное сопротивление кабеля. и значение приемника на другом конце кабеля также имеет такое же сопротивление.
Как определяется импеданс кабеля?
Характеристический импеданс коэффициента передачи кабеля от напряженности электрического поля до напряженности магнитного поля для волн распространяющиеся в кабеле (В / м / А / м = Ом).
Закон Ома гласит, что если напряжение (E) приложено к паре клемм и в этой цепи измеряется ток (I), то для определения величины импеданса (Z) можно использовать следующее уравнение. Следующая формула будет держать истину:
Z = E / IЭто соотношение справедливо, будь то постоянный ток (DC) или переменный ток (AC).
Характеристическое сопротивление и обычно обозначается Zo или «Zed naught». Когда по кабелю передается ВЧ-мощность без стоячих волн, Zo также равно отношение напряжения на линии к току, протекающему в линейные проводники. Так определяется характеристическое сопротивление по формуле:
Zo = E / IНапряжения и токи зависят от индуктивного сопротивления и емкостное сопротивление в кабеле. Итак, характеристический импеданс формулу можно записать в следующем формате:
Zo = sqrt ((R + 2 * pi * f * L) / (G + j * 2 * pi * f * c))Где:
- R = последовательное сопротивление проводника в омах на единицу длины (сопротивление постоянному току)
- G = Проводимость шунта в mhos на единицу длины
- j = символ, указывающий, что член имеет фазовый угол +90 градусов (мнимое число)
- пи = 3.1416
- L = Индуктивность кабеля на единицу длины
- C = Емкость кабеля на единицу длины
- sqrt = функция квадратного корня
Zo = sqrt (R / (j * 2 * pi * f * C))Если емкость не меняется с частотой, Zo изменяется обратно пропорционально квадратному корню из частоты и имеет фазовый угол, который составляет -45 ° около постоянного тока и уменьшается до 0 ° с увеличением частоты.Емкость поливинилхлорида и каучука несколько снижается с увеличением частоты, тогда как полиэтилен, полипропилен и тефлон * существенно не меняются.
Когда f становится достаточно большим, два члена, содержащие f, становятся настолько большими, что R и G можно не учитывать, и результирующее уравнение выглядит следующим образом:
Zo = sqrt ((j * 2 * pi * f * L) / (j * 2 * pi * f * C))Что можно упростить до формы:
Zo = sqrt (аккредитив)
Характеристики кабеля на высоких частотах
На высоких частотах кабель нельзя рассматривать как обычный кабель.На на более высоких частотах он работает как волновод. Характеристическое сопротивление удельное сопротивление для электромагнитных волн. Итак: это нагрузка, которую создает кабель на высоких частотах. Он высокий частота идет (в зависимости от кабеля, конечно) обычно от 100 кГц и вверх.
Если вы подаете синусоидальный электрический сигнал переменного тока разумной частоты в один конец кабеля, то сигнал распространяется как электрическая волна вниз по кабелю. Если длина кабеля очень велика, длины волны на частоте этого переменного сигнала, и вы измеряете отношение переменного напряжения к переменному току в этой бегущей волне, тогда это отношение равно называется характеристическим сопротивлением кабеля.
В практических кабелях характеристический импеданс определяется геометрия кабеля и диэлектрик. Длина кабеля на это не влияет. характеристическое сопротивление.
Как выглядит модель коаксиального кабеля?
Коаксиальный кабель схематически представлен серией конденсаторы и индуктивности, своего рода странное устройство фильтров, конкретные значения, уникальные для конкретного типа коаксиального кабеля. При заданном частота, если она выбрана правильно, это устройство пропускает большую часть сигнала; в то время как на более высоких частотах это расположение ослабляет сигнал.
Как характеристики коаксиального кабеля определяют импеданс?
Длина не имеет ничего общего с импедансом коаксиального кабеля. Характеристический импеданс определяется размером и расстоянием между проводники и тип диэлектрика, используемого между ними. Для обычного коаксиального кабеля, используемого с разумной частотой, характеристический импеданс зависит от размеров внутреннего и внешние проводники, а также характеристики диэлектрического материала между внутренним и внешним проводниками.(1/2)) * лог (Д / д)
Где:
- журнал = логарифм 10
- d = диаметр центрального проводника
- D = внутренний диаметр экрана кабеля
- e = диэлектрическая проницаемость (= 1 для воздуха)
В ореховой скорлупе характеристический импеданс коаксиального кабеля равен квадратный корень из (индуктивность на единицу длины разделить на длина емкости). Для коаксиальных кабелей характеристический импеданс обычно составляет от 20 до 150 Ом.Длина кабель не имеет никакого значения в отношении характеристического сопротивления.
Если частота слишком высока для коаксиального кабеля, то волна может распространяться в нежелательных режимах (т. е. иметь нежелательные модели электрических и магнитных полей), а затем кабель не работает должным образом по разным причинам.
Каково полное сопротивление симметричных пар?
Характеристический импеданс определяется размером и расстоянием между проводники и тип диэлектрика, используемого между ними.У сбалансированной пары или двойных линий есть Zo, которое зависит от соотношения расстояние между проволоками в зависимости от диаметра проволоки и вышеизложенные замечания остаются в силе. Для практичных линий Zo на высоких частотах очень близко, но не совсем так, чистое сопротивление.
Можно использовать следующую формулу для расчета характеристического сопротивления симметричной пары вблизи земли: (формула взята из опубликованной книги «Справочные данные для радиоинженеров»). (1/2))
Где:
- журнал = логарифм 10
- d = диаметр проволоки
- D = расстояние между проводами в паре
- e = диэлектрическая проницаемость (= 1 для воздуха)
- h = расстояние между симметричной парой и землей
Для сдвоенной линии Zo обычно составляет от 75 до 1000 Ом в зависимости от предполагаемое приложение. Импеданс типичной старой телефонной пары в телефонных столбах в воздухе имеет характеристическое сопротивление около 600 Ом. Используемые телефонные и телекоммуникационные кабели обычно имеют характеристическое сопротивление 100 или 120 Ом.
Какую электрическую модель я могу использовать для длинного коаксиального кабеля?
Если вы знаете индуктивность и емкость определенной длины кабель можно использовать следующую электрическую модель:
л л л / / л
--- + uuuu + - + - + uuuu + - + - + uuuu + - /... / + uuuu + ---
| | | / / |
- + - - + - - + - - + -
С - + - С - + - С - + - С - + -
| | | / / |
---------- + -------- + ------ + - / ... / ------ + ---
/ /
Для этой модели полезно знать полезный импеданс.
уравнение, описывающее соотношение импеданса, емкости
и обучение:Z = sqrt (аккредитив)
Уравнения и модель основаны на том факте, что для «длинных» кабелей вы можете рассчитать полное сопротивление кабеля с помощью следующей модели:
л л л / / л
--- + uuuu + - + - + uuuu + - + - + uuuu + - /... / + уууу + ->
| | | / / |
- + - - + - - + - - + -
С - + - С - + - С - + - С - + -
| | | |
Z = jwL + [(1 / jwC) || {(jwL + [(1 / jwC) || ...
= Z
Поскольку цепочка бесконечна, члены справа просто равны Z. Получается хорошая квадратичная величина.«long» не является настоящим ограничением, чтобы соответствовать длине волны или лучше ориентировочно.
Могу ли я измерить сопротивление кабеля мультиметром?
Характеристическое сопротивление кабеля — это характеристики кабеля, которые действительно только для высокочастотных сигналов. Мультиметры используют постоянный ток для измерения сопротивления, поэтому вы не можете измерить импеданс кабеля используя мультиметр или другое простое измерительное оборудование. Обычно лучше проверять тип кабеля (обычно он указан на кабеле). и его характеристики импеданса из какого-то каталога вместо пытаюсь измерить это.
Как я могу измерить сопротивление кабеля?
Существуют отношения, которые делают определение Зо довольно простым с надлежащим оборудованием. Можно показать, что если на данной частоте полное сопротивление отрезка кабеля измеряется с открытым дальним концом (Zoc), а измерение повторяется с закороченным дальним концом (Zsc), можно использовать следующее уравнение для определения Zo:
Zo = sqrt (Zoc * Zsc)Где:
- Zoc = полное сопротивление отрезка кабеля измеряется при открытом дальнем конце
- Zsc = полное сопротивление отрезка кабеля измерено с закороченным дальним концом
Высокочастотные измерения Zo производятся путем определения скорости распространения и емкости кабеля или рефлектометрии.
Когда сопротивление кабеля влияет на сигнал?
Чтобы характеристическое сопротивление кабеля составляло любое разница в способе прохождения сигнала через него, кабель должен быть по крайней мере, большая часть длины волны для конкретного частота, которую он несет.
Скорость движения большинства проводов при переменном токе составляет от 60 до 70 процентов. скорость света, или около 195 миллионов метров в секунду.Звуковая частота 20000 Гц имеет длина волны 9750 метров, поэтому кабеля должно быть четыре или пять * километров * задолго до того, как это стало влиять на звук частота. Вот почему характеристический импеданс аудиосвязи Кабели — это не то, о чем большинству из нас есть о чем беспокоиться.
Нормальный видеосигнал редко превышает 10 МГц. Это о 20 метров на длину волны. Эти частоты приближаются к тому, чтобы быть достаточно высокий, чтобы характеристический импеданс мог быть фактором.Компьютерные видеосигналы высокого разрешения и быстрые цифровые сигналы легко превышает 100 МГц, поэтому необходимо правильное согласование импеданса даже в коротких кабельных трассах.
Как работает согласование импеданса
Во-первых, вы хотите проложить кабель с электрический источник с выходным сопротивлением, равным характеристическое сопротивление кабеля, так что вся выходная мощность источника идет в кабель, а не отражается от входного конца кабеля обратно в источник. Во-вторых, вам нужна электрическая нагрузка на выходе. кабеля, чтобы иметь входное сопротивление, равное характеристике сопротивление кабеля, так что вся мощность идет на нагрузку вместо того, чтобы отражаться от нагрузки обратно в кабель.
Есть много исключений из этого обычного способа вождения, но те используются для спецэффектов. Вы можете выбрать соответствие импеданса для максимальная передача мощности при низкой полосе пропускания или несоответствие импеданса для более плоская частотная характеристика. Это вызов инженера, в зависимости от того, что он хочет.
Зачем нужно согласование импеданса?
Если у вас есть несоответствия между выходным сопротивлением источника, характеристическое сопротивление кабеля и входное сопротивление нагрузки, затем отражения могут существенно зависеть от длины кабеля.И если вы деформируете кабель, например, из-за раздавливания или перекручивания, или если вы устанавливаете разъемы неправильно, тогда у вас могут быть отражения, в результате чего мощность потеря. А также иногда отраженная мощность может повредить источник питания, если отправляется на кабель (например, радиопередатчик). Поэтому вам нужно быть осторожным с несоответствием импеданса.
Аномалия, которая встречается не во всех учебниках, — это когда антенна толкает питание обратно (не правильное завершение), он смотрит внутрь щита и внешней стороны, любой из которых самый низкий, получает силу.Это означает, что RF может перемещаться по внешней стороне коаксиального кабеля. Самая сложная концепция коаксиального кабеля — XL, XC не существует. (к передатчику), если кабель заделан.
Наиболее частыми причинами для перечисления импеданса кабеля являются следующие: его надежных электрических характеристик и того самого импеданса листинг. Коаксиальный кабель часто используется для передачи сигналов низкого уровня с более высокой частотой. которые разделены. Разделение очень дорого с точки зрения потери сигнала — идеальное согласование импеданса будет стоить вам половины сигнала и даже небольшое рассогласование очень дорого, особенно для сигналов мощности антенны.Тщательно согласованные несущие, такие как коаксиальный кабель, необходимы для сохранения сигнала на пониженный шум.
Какое влияние номинальная емкость оказывает на кабель производительность или возможности передачи?
Емкость кабеля не имеет значения, если коаксиальный кабель терминирован. Передатчик не будет видеть ни емкости, ни индуктивности.
И эта характеристика линии передачи используется, чтобы скрыть емкость в высокочастотные печатные платы. Инженеры могут спроектировать дорожки на печатной плате так, чтобы они правильные значения емкости и индуктивности, чтобы передатчик не видите ничего, кроме линии передачи с надлежащим сопротивлением.
Почему характеристический импеданс важен при передаче данных?
Если кабель оконцован с соответствующим характеристическим сопротивлением, вы не можете сказать с передающего конца, что кабель не бесконечно длинный — весь сигнал, который подается в кабель, принимается кабелем и нагрузкой.
Если импедансы не совпадают, часть волн в кабеле будет отражаться обратно на кабельные соединения, искажая исходящие волны. Когда эти отраженные волны попадают на генератор волн, они снова отражаются и смешиваются с исходящими волнами, так что трудно сказать, какие волны являются исходными, а какие — переотраженными.
То же самое происходит, когда по кабелю посылаются импульсы — когда они сталкиваются с импедансом, отличным от характеристического импеданса кабеля, часть их энергии отражается обратно к передающему концу. Если импульсы сталкиваются с разрывом цепи или коротким замыканием, вся энергия отражается (за исключением потерь из-за затухания — другой предмет). Для других оконечных устройств будет отражено меньшее количество энергии.
Эта отраженная энергия искажает импульс, и если импеданс генератора импульсов не совпадает с характеристическим импедансом кабеля, энергия будет повторно отражаться обратно по кабелю, проявляясь в виде дополнительных импульсов.
Могу ли я использовать коаксиальный кабель без согласования импеданса?
Если коаксиальный кабель очень короткий, сопротивление кабеля не изменится. имеют большое влияние на сигнал. Обычно зверский способ передачи сигнал через коаксиальный кабель для согласования импеданса, хотя есть некоторые приложения, в которых нормальный импеданс сопоставление на обоих концах не выполняется. В некоторых специальных приложениях кабель может быть согласован только по сопротивлению только на одном конце или намеренно ошибочно с обоих концов.Это приложение являются частными случаями, когда учитывается импеданс кабеля. так что комбинация кабеля и концевой заделки на концах кабеля производят желаемую передачу характеристики всей системы. В этом виде специального применения кабель не рассматривается как пассивная линия передачи, но компонент, изменяющий сигнал в цепи.
Как насчет коэффициента скорости распространения?
Скорость распространения в процентах, основанная на скорости света в вакуум.Процент показывает, какова скорость сигнала в кабеле. по сравнению со скоростью света в вакууме. В коаксиальном кабеле при разумных условиях скорость распространения зависит от характеристик диэлектрического материала.
Почему показатели затухания имеют тенденцию увеличиваться с увеличением частоты?
Обычно это происходит из-за ограниченного проникновения тока в внутренние и внешние проводники (скин-эффект). С увеличением частоты ток менее глубоко проникает в проводники, и таким образом ограничивается более тонкой областью металла.Следовательно сопротивление, следовательно, затухание выше. Это также может быть частично вызвано за счет потерь энергии в диэлектрическом материале.
Как минимизировать затухание в коаксиальном кабеле?
Для линии с фиксированным внешним диаметром проводника, у которой внешний и внутренние проводники имеют одинаковое удельное сопротивление, и если предположить, что вы используете диэлектрик с незначительными потерями (например, полиэтилен или тефлон в высокочастотном диапазоне хотя бы), то получится минимальные потери в коаксиальном кабеле, если минимизировать выражение:
(1 / д + 1) / лн (1 / д)где d — отношение внутреннего диаметра проводника к внешнему. ID проводника.Электронная таблица или калькулятор приближают вас довольно быстро: D / d = 3.5911 близко. Утверждалось, что формула Thr получена из формулы для коаксиального импеданса в зависимости от D / d и формулы для потерь, которые вы найти в «Справочных данных для инженеров», опубликованных Ховардом Сэмом, на стр. 29-13 в седьмом издании.
Интересная вещь обратите внимание, что эта минимальная потеря напрямую не дает сопротивление линии: полное сопротивление линии зависит от диэлектрика постоянная диэлектрика. Для линии с воздушной изоляцией соответствующий импеданс составляет около 76.71 Ом, но если линия изолирован сплошным полиэтиленом, тогда минимальное затухание составляет около 50,6 Ом. Как бы то ни было, все RG-58 мы используем для питания антенн и подключения тестового оборудования. довольно близко к минимальному затуханию, учитывая вышеизложенное условий, и что диэлектрик — полиэтилен.
Но если в линии используется вспененный диэлектрик с коэффициентом скорости 0,8, тогда импеданс минимального ослабления будет около 61 Ом. Однако этот минимум довольно широк, и вы не начните терять много, пока не получите более 50% от оптимального импеданса.
Обратите внимание, что линия пено-диэлектрик с таким же импедансом и наружный диаметр, поскольку линия из твердого диэлектрика будет иметь меньшие потери. Это потому, что для получения того же импеданса линия пены будет иметь больший внутренний проводник, и этот больший проводник будет иметь более низкое радиочастотное сопротивление и, следовательно, более низкие потери.
Типичное сопротивление кабеля
Какое типичное сопротивление кабеля?
Наиболее типичные используемые коаксиальные кабели с сопротивлением 50 и 75 Ом. кабели. Коаксиальные кабели с сопротивлением 50 Ом могут быть наиболее часто используемыми коаксиальными кабелями. кабели, и они обычно используются с радиопередатчиками, радио приемники, лабораторное оборудование и в сети Ethernet.
Другой широко используемый тип кабеля — это циаксиальный кабель 75 Ом, который используется в видео приложениях, в сетях кабельного телевидения, в разводке телевизионных антенн и в телекоммуникационных приложениях.
600 Ом — это типичный импеданс для симметричных линий с открытым проводом для телеграфия и телефония. Скрученная пара проводов калибра 22 с разумная изоляция на проводах составляет около 120 Ом для те же механические причины, что и другие типы линий передачи имеют свои характеристические импедансы.
Двойной провод, используемый в некоторых антенных системахa, имеет сопротивление 300 Ом, чтобы соответствовать свернутый диполь в импедансе свободного пространства (Однако, когда этот сложенный диполь является частью Яги (лучевой) антенны, импеданс обычно немного ниже, обычно в диапазоне 100-200 Ом.).
Почему коаксиальный кабель 50 Ом?
Стандартное сопротивление коаксиальной линии для высокочастотных помех. передача энергии в в США почти исключительно 50 Ом. Почему было выбрано это значение данные в статье, представленной _Bird Electronic Corp._ Стандартное сопротивление коаксиальной линии для высокочастотных помех. передача энергии в в США почти исключительно 50 Ом. Почему было выбрано это значение данные в статье, представленной Bird Electronic Corp.
Разные значения импеданса оптимальны для разных параметров. Максимальная несущая способность достигается при соотношении диаметров 1,65. соответствующий импедансу 30 Ом. Оптимальное соотношение диаметров для напряжения пробой составляет 2,7, что соответствует сопротивлению 60 Ом (кстати, стандартный импеданс во многих европейских странах).
Допустимая мощность при пробое игнорирует плотность тока что является высоким при низком импедансе, например, 30 Ом. Затухание из-за одни только потери в проводнике при этом импедансе почти на 50% выше, чем при минимальное сопротивление затухания 77 Ом (отношение диаметров 3,6). Это соотношение, однако, ограничено только половиной максимальной мощности 30-омная линия.
Раньше было трудно найти микроволновую печь, и линии не может облагаться налогом до предела. Поэтому низкое затухание было преобладающий фактор, приводящий к выбору 77 (или 75) Ом в качестве стандарт.Это привело к появлению аппаратных средств определенных фиксированных размеров. Когда диэлектрические материалы с низкими потерями сделали гибкую линию практичной, размеры линий остались неизменными, чтобы обеспечить стыковку с существующими оборудование.
Диэлектрическая проницаемость полиэтилена 2,3. Импеданс Воздуховод с сопротивлением 77 Ом уменьшается до 51 Ом при заполнении полиэтиленом. 51 Ом все еще используется сегодня, хотя стандарт точности составляет 50 Ом.
Затухание минимальное на 77 Ом; напряжение пробоя максимальное при 60 Ом а максимальная допустимая мощность составляет 30 Ом.
Еще одна вещь, которая могла привести к 50-омному коаксиальному кабелю, — это то, что если вы возьмете центральный провод разумного размера и поместите изолятор вокруг него, а затем оберните его экраном и выберите все размеры, чтобы они были удобны и механически хорошо смотрелись, тогда сопротивление будет около 50 Ом. Чтобы поднять сопротивление, диаметр центрального проводника должен быть крошечным с относительно общего размера кабеля. И чтобы снизить сопротивление, толщина изоляции между внутренними проводниками и щит должен быть очень тонким.Поскольку почти любой коаксиальный кабель, который * выглядит * хорошо по механическим причинам в любом случае оказывается, что сопротивление близко к 50 Ом, естественная тенденция к стандартизации ровно на 50 Ом.
Емкость кабеля и волновое сопротивление
Возьмите кусок коаксиального кабеля, ни к чему не подключенный. Центральный проводник и щит образуют конденсатор. Если вы зарядите этот конденсатор до 100 В, затем закоротите экран на центральный провод, какой ток поток?
Оно не бесконечно (или определяется паразитным сопротивлением и реактивное сопротивление), как у «нормального конденсатора», но оно определяется характеристическое сопротивление линии.Если линия 50 Ом заряжена до 100 В, тогда ток БУДЕТ 2 Ампер. (100/50) Будет квадрат импульс и временная ширина (длительность, длительность импульса независимо от того, выберите называть его) будет определяться длиной леска (около 1,5 нСм / фут в зависимости от коэффициента скорости лески).
Этот метод можно использовать, например, для генерации импульсов тока для полупроводниковые лазеры. Чтобы получить более длинные импульсы, чем можно было бы получить с практичными коаксиальными линиями можно использовать практически эквивалентный сосредоточенный импеданс.
Использование коаксиальных кабелей в приложениях
Что произойдет, если я использую кабель с сопротивлением 50 Ом для приложения Vidoe, которому нужен кабель с сопротивлением 75 Ом?
Если кабель 50 Ом видит нагрузку 75 Ом (приемник), значительная часть сигнал будет отражен обратно в передатчик. Поскольку передатчик также имеет сопротивление 75 Ом, это отраженный сигнал будет существенно отражен обратно в приемник. Потому что задержки, он будет отображаться на картинке как неприятный привидение. Множественные призраки вот так выглядят звенящие.Также отражения вызывают частичный сигнал отмены на различных частотах.
Как преобразовать значения импеданса кабеля?
Само сопротивление кабеля не может быть преобразовано, если вы не замените весь кабель с новым кабелем с правильным сопротивлением. Если вам абсолютно необходимо использовать существующий кабель для вашего приложения тогда есть один способ использовать выходной кабель: преобразователи импеданса. Есть трансформаторы, которые могут придать кабелю различное сопротивление. кабель, если они установлены на обоих концах кабеля.
В некоторых приложениях можно преобразовать резистивные адаптеры в сопротивление кабеля. Эти переходники проще трансформаторов, но обычно имеют заметную потерю сигнала в них (обычно около 6 дБ для преобразования 75 Ом в 50 Ом).
Импеданс дорожек на печатной плате
Высокоскоростные сигналы можно направлять на печатную плату, если соблюдать осторожность. чтобы импеданс дорожек соответствовал импедансу драйвера источника и оконечное сопротивление назначения.Микрополосковая линия будет иметь характеристический импеданс, если толщина, ширина и высота линии над землей контролируются.
Формула характеристического сопротивления:
Z = (87 / sqrt (Er + 1,41)) * ln ((5,98 * h) / (0,8 * w + t))Где:
- Er = диэлектрическая проницаемость (4,8 для типичной плиты из стекловолокна)
- h = высота диэлектрика (толщина стеклопластика между трассировка над землей)
- t = толщина медного материала в микрополоске
- w = ширина медного материала в микрополоске
При прокладке дорожек на печатной плате дифференциальные пары должны иметь след такой же длины. Эти линии трассировки также должны быть как можно короче.
Согласование импедансов между разными импедансами
Если подключены два кабеля с разным сопротивлением вместе или кабель подключен к источнику, который имеет другой импеданс, то требуется какое-то согласование импданса, чтобы Избегайте отражений сигнала в местах, где проложены кабели. связаны вместе.2 Из этого уравнения вы можете видеть, что Nb / Na совпадает с коэффициент передачи напряжения трансформатора между приматы и второстепенные. Это означает, что когда вы знаете это соотношение вы можете использовать уравнение, не зная точное передаточное число оборотов.
Сетевые резисторы согласования импеданса
Соответствующую сеть, показанную ниже, можно использовать для сопоставления двух
неравные импедансы при условии, что Z1 больше, чем Z2. ____
---- | ____ | --- + ---------
R1 |
| |
Z1 | | R2 Z2
| _ |
|
------------- + ----------
Резистор для этой схемы можно рассчитать, используя следующие уравнения:
R1 = Z1 - Z2 * R2 / (Z2 + R2) R2 = Z2 * sqrt (Z1) / (Z1-Z2)В таблице ниже показаны некоторые предварительно рассчитанные значения для некоторых наиболее распространенные ситуации взаимодействия:
Z1 Z2 R1 R2 Затухание (Ом) (Ом) (Ом) (Ом) (дБ) 75 50 42,3 82,5 5,7 150 50 121 61,9 9,9 300 50 274 51,1 13,4 150 75 110 110 7,6 300 75 243 82. (1/2)) * log (D / d) *, но это верно только для идеального проводника.1/2) * журнал (D / d)) * 0,83
Томи Энгдал <[email protected]>Что такое скин-эффект? Факторы, влияющие на скин-эффект
Неравномерное распределение электрического тока по поверхности или коже проводника, несущего переменный ток, называется скин-эффектом. Другими словами, концентрация заряда больше у поверхности, чем у сердечника проводника. Омическое сопротивление проводника увеличивается из-за концентрации тока на поверхности проводника.
Скин-эффект усиливается с увеличением частоты. На низкой частоте, такой как 50 Гц, наблюдается небольшое увеличение плотности тока у поверхности проводника; но на высоких частотах, таких как радиочастота, практически все токи протекают по поверхности проводника. Если по проводнику пропускается постоянный ток (частота = 0), ток равномерно распределяется по поперечному сечению проводников.
Почему возникает скин-эффект?
Давайте рассмотрим, что проводник состоит из нескольких концентрических цилиндров.Когда переменный ток проходит через проводник, в нем индуцируется магнитный поток. Магнитный поток, связывающий цилиндрический элемент около центра, больше, чем магнитный поток, связывающий другой цилиндрический элемент около поверхности проводника. Это связано с тем, что центральный цилиндрический элемент окружен как внутренним, так и внешним потоком, в то время как внешний цилиндрический элемент окружен только внешним потоком.
Самоиндукция внутреннего цилиндрического элемента больше и, следовательно, будет иметь большее индуктивное сопротивление, чем внешний цилиндрический элемент.Эта разница в индуктивном сопротивлении вызывает тенденцию к концентрации тока к поверхности или коже проводника.
Плотность тока максимальна на поверхности проводника и минимальна в центре проводника. Эффект эквивалентен уменьшению площади поперечного сечения проводника, и, следовательно, эффективное сопротивление проводника увеличивается.
Факторы, влияющие на скин-эффект
- Частота - Скин-эффект усиливается с увеличением частоты.
- Диаметр - увеличивается с увеличением диаметра проводника.
- Форма проводника - Скин-эффект больше в сплошном проводнике и меньше в многожильном проводнике, потому что площадь поверхности сплошного проводника больше.
- Тип материала - Скин-эффект увеличивается с увеличением проницаемости материала (проницаемость - это способность материала поддерживать формирование магнитного поля).
Запоминающиеся моменты
- Скин-эффект незначителен, если частота меньше 50 Гц, а диаметр проводника меньше 1 см.
- В многожильных проводниках, таких как ACSR (алюминиевый проводник, армированный сталью), ток течет в основном во внешнем слое, сделанном из алюминия, в то время как сталь рядом с центром не пропускает ток и придает проводнику высокую прочность на разрыв. Концентрация тока у поверхности позволила использовать провод ACSR.
Магнитное поле из-за тонкой прямой проволоки - University Physics Volume 2
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Объясните, как закон Био-Савара используется для определения магнитного поля, создаваемого тонким прямым проводом.
- Определите зависимость магнитного поля тонкого прямого провода от расстояния до него и тока, протекающего в проводе.
- Нарисуйте магнитное поле, созданное тонким прямым проводом, используя второе правило правой руки.
Какая сила тока необходима для создания значительного магнитного поля, возможно, такого же сильного, как поле Земли? Геодезисты скажут вам, что воздушные линии электропередач создают магнитные поля, которые мешают показаниям их компаса. Действительно, когда Эрстед в 1820 году обнаружил, что ток в проводе воздействует на стрелку компаса, он не имел дела с очень большими токами. Как форма проводов, по которым проходит ток, влияет на форму создаваемого магнитного поля? В главе 28 мы отметили, что токовая петля создает магнитное поле, подобное магнитному стержню, но как насчет прямого провода? Мы можем использовать закон Био-Савара, чтобы ответить на все эти вопросы, включая определение магнитного поля длинного прямого провода.
(рисунок) показывает участок бесконечно длинного прямого провода, по которому проходит ток I . Какое магнитное поле в точке P , расположенной на расстоянии R от провода?
Отрезок тонкого прямого токоведущего провода. Независимая переменная имеет пределы иНачнем с рассмотрения магнитного поля, создаваемого элементом тока, расположенным в позиции x . Используя правило правой руки 1 из предыдущей главы, указывает за пределы страницы для любого элемента вдоль провода.Таким образом, в точке P магнитные поля всех токовых элементов имеют одинаковое направление. Это означает, что мы можем вычислить чистое поле там, оценив скалярную сумму вкладов элементов. По закону Био-Савара
Проволока симметрична относительно точки O , поэтому мы можем установить пределы интегрирования от нуля до бесконечности и удвоить ответ, а не интегрировать от отрицательной бесконечности к положительной бесконечности. На основе рисунка и геометрии мы можем записать выражения для r и в терминах x и R , а именно:
Подставляя эти выражения в (рисунок), интеграция магнитного поля становится
Вычисление интеграла дает
Подстановка пределов дает нам решение
Силовые линии магнитного поля бесконечного провода круглые и центрированы на проводе ((Рисунок)), и они идентичны во всех плоскостях, перпендикулярных проводу.Поскольку поле уменьшается с удалением от провода, расстояние между силовыми линиями должно соответственно увеличиваться с расстоянием. Направление этого магнитного поля можно найти с помощью второй формы правила правой руки (проиллюстрировано на (Рисунок)). Если вы держите провод правой рукой так, чтобы большой палец указывал на ток, тогда ваши пальцы охватывают провод в том же смысле, что и
. Некоторые силовые линии магнитного поля бесконечного провода. Направление можно найти с помощью правила правой руки.Направление силовых линий можно наблюдать экспериментально, поместив несколько маленьких стрелок компаса на круг возле провода, как показано на (Рисунок). Когда в проводе нет тока, иглы совпадают с магнитным полем Земли. Однако, когда по проводу проходит большой ток, все стрелки компаса касаются окружности. Железные опилки, рассыпанные на горизонтальной поверхности, также очерчивают линии поля, как показано на (Рисунок).
Форму силовых линий длинного провода можно увидеть с помощью (а) небольших стрелок компаса и (б) железных опилок.
Расчет магнитного поля из-за трех проводов Три провода расположены в углах квадрата, и все они несут токи 2 ампера на страницу, как показано на (Рисунок). Вычислите величину магнитного поля в другом углу квадрата, точка P , если длина каждой стороны квадрата равна 1 см.
По трем проводам на страницу течет ток. Магнитное поле определяется в четвертом углу квадрата.
Стратегия Рассчитывается магнитное поле каждого провода в нужной точке.Диагональное расстояние рассчитывается с помощью теоремы Пифагора. Затем направление вклада каждого магнитного поля определяется путем рисования круга с центром в конце провода и направленным к желаемой точке. Направление вклада магнитного поля от этого провода является касательным к кривой. Наконец, работая с этими векторами, вычисляется результат.
Решение Провода 1 и 3 имеют одинаковую величину вклада магнитного поля в точке P :
Провод 2 имеет большее расстояние и вклад магнитного поля в точке P составляет:
Показаны векторы для каждого из этих вкладов магнитного поля.
Магнитное поле в направлении x имеет вклад от провода 3 и компонента x провода 2:
Компонент y аналогичным образом представляет собой вклады от провода 1 и y -компонент провода 2:
Следовательно, чистое магнитное поле является результатом этих двух компонентов:
Значение Геометрия в этой задаче приводит к тому, что вклады магнитного поля в направлениях x и y имеют одинаковую величину.Это не обязательно так, если токи имели разные значения или если провода были расположены в разных положениях. Независимо от численных результатов, работа с компонентами векторов даст результирующее магнитное поле в нужной точке.
Проверьте свое понимание Используя (рисунок), поддерживая одинаковые токи в проводах 1 и 3, какой ток должен быть в проводе 2, чтобы противодействовать магнитным полям от проводов 1 и 3, чтобы в точке не было чистого магнитного поля. П?
4 ампера вытекает из с.
Сводка
- Напряженность магнитного поля, создаваемого током в длинном прямом проводе, определяется выражением (длинный прямой провод), где I - ток, R - кратчайшее расстояние до провода, а константа - проницаемость свободное место.
- Направление магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом, определяется правилом правой руки 2 (RHR-2): направьте большой палец правой руки в направлении тока, и пальцы согнуты в направлении магнитного поля. создаваемые им полевые петли.
Концептуальные вопросы
Как бы вы сориентировали два длинных прямых провода с током, чтобы между ними не возникала суммарная магнитная сила? ( Подсказка : при какой ориентации один провод не будет испытывать магнитного поля от другого?)
Вы должны убедиться, что токи текут перпендикулярно друг другу.
Проблемы
Типичный ток в молнии составляет A. Оцените магнитное поле на расстоянии 1 м от молнии.
Величина магнитного поля на расстоянии 50 см от длинного тонкого прямого провода равна Каков ток через длинный провод?
По линии передачи, протянутой на высоте 7,0 м над землей, проходит ток силой 500 А. Что такое магнитное поле на земле непосредственно под проводом? Сравните свой ответ с магнитным полем Земли.
По длинному прямому горизонтальному проводу проходит ток слева направо 20 А.Если провод помещен в однородное магнитное поле величиной, направленное вертикально вниз, какова результирующая величина магнитного поля на 20 см над проводом? На 20 см ниже провода?
В обоих ответах величина магнитного поля равна
.По двум длинным параллельным проводам, показанным на прилагаемом рисунке, проходят токи в одном направлении. Если и какое магнитное поле в точке P?
На прилагаемом рисунке показаны два длинных прямых горизонтальных провода, которые параллельны друг другу на расстоянии 2 a друг от друга.Если оба провода проходят ток I в одном и том же направлении, (a) какое магнитное поле в точке (b)
В точке P1 чистое магнитное поле равно нулю. На P2, на страницу.
Повторите вычисления предыдущей задачи с обратным направлением тока в нижнем проводе.
Рассмотрим область между проводами предыдущей задачи. На каком расстоянии от верхнего провода чистое магнитное поле минимально? Предположим, что токи равны и текут в противоположных направлениях.
Магнитное поле минимально на расстоянии a от верхнего провода или посередине между проводами.
.