Токовая нагрузка по сечению кабеля

При проектировании электротехнических сетей или подобных им систем особое внимание уделяется правильности выбора кабеля, которая традиционно оценивается по типоразмеру входящих в его состав проводов. Грамотный подход к этому выбору предполагает необходимость учета допустимой величины токовой нагрузки в данной цепи (иначе – потребляемой или рассеиваемой в ней мощности), которая напрямую зависит от выбранного провода. Для выражения этой зависимости используется классическая таблица токов, приведенная на размещенном ниже рисунке. В ней указываются вид и сечения жил одножильного или многожильного кабеля и значения максимального тока, который они способны пропускать через себя без перегрева и угрозы последующего разрушения.

Таблица токов

В этом случае специалисты говорят о том, какая нагрузка на кабель допускается без опасных последствий, а используемые при этом данные сводятся в таблицы токовых нагрузок к сечению медных кабелей. Для расшифровки приводимых здесь понятий далее будет рассмотрен порядок их введения и привязки к конкретным физическим величинам.

Основные понятия

Сечение провода

Потребность в правильном выборе сечения для каждого включенного в электротехническую цепь провода продиктована следующей необходимостью. Дело в том, что грамотно рассчитанная токовая нагрузка по сечению кабеля позволяет долго и без особых проблем эксплуатировать данную цепь с полной уверенностью в том, что она не откажет в самый неподходящий момент.

Под термином «сечение провода» в электротехнике понимается его поперечный типоразмер, в простейшем случае высчитываемый по классической формуле (смотрите фото ниже).

Формула для определения сечения

Входящие в эту запись величины для упрощения взяты для круглого одножильного провода. Они означают:

• d – диаметр одной жилы без изоляции, мм;
• S – площадь, измеряемая в миллиметрах квадратных.

На практике, как правило, применяются провода из n жил, для вычисления суммарного сечения которых потребуется другая формула. Она приводится на размещенном ниже рисунке (обозначения те же).

Формула для многожильного провода

Исходя из данных таблицы нагрузок на кабель, допустимая величина тока в жиле с типоразмером один квадратный миллиметр, например, для алюминия составляет 4 Ампера, а для медного провода она будет равна 10-ти Амперам (при прокладке в трубе).

Таким образом, для тока в 10 Ампер потребуется медный провод с единичным сечением 1 кв. мм (коэффициент пересчета – 10). На основе этого соотношения строятся все приблизительные расчеты параметров токовых цепей. Далее будет рассмотрен еще один важный параметр, называемый плотностью тока (он имеет непосредственное отношение к данной теме).

Плотность тока

Этот показатель для проводника определяется предельно просто: он вычисляется как число ампер, приходящееся на единицу его сечения. При рассмотрении факторов, оказывающих влияние на плотность тока в кабеле, в первую очередь, выделяют способ прокладки проводов (открытая и скрытная). При первом варианте допускается больший по величине показатель плотности, что объясняется лучшими условиями теплообмена с окружением.

При скрытной или закрытой прокладке уложенные и замурованные в штробах провода практически лишены контакта с атмосферой, и теплоотдача у них сведена к минимуму. То же можно сказать и про кабели, размещаемые в специальных защитных коробах или кабельных каналах. При выборе параметров прокладываемых в этом случае проводов должна вноситься определенная поправка, учитывающая отсутствие рассеяния тепла в атмосферу.

Этот подход к выбору провода позволяет учесть фактор скрытности, независимо от того, какая нагрузка подключена к данной линии или сети.

Проведение качественных тепловых расчетов в бытовых условиях практически невозможно, поэтому в реальности они сводятся к выбору самого уязвимого элемента системы и вычислению общей плотности с учетом ее параметров.

К сведению. Вносимые при этом поправки справедливы лишь в том случае, если температура окружающего воздуха также учитывается в своем максимальном значении.

Во всех рассмотренных ранее таблицах показатели по току и потребляемой нагрузкой мощности указаны для нормальных комнатных температур. С другой стороны, большинство образцов современной кабельной продукции с изоляцией из ПВХ или полиэтилена допускает эксплуатацию при ее прогреве до 70-90°C.

Примеры вычисления

В качестве примера рассмотрим конкретную ситуацию для нагрузки мощностью до 4 кВт (4000 Ватт) при напряжении в сети 220 Вольт. В этом случае протекающий по ней ток равен 4000/220=18,18 Ампер, а для нормальной работы подводящего кабеля достаточно, чтобы он состоял из медного одножильного провода сечением 18,18/10=1,818 кв. мм (10 – коэффициент пересчета).

В итоге получаем примерно 2,08 квадрата, а после выбора по специальной таблице ближайшего нормируемого значения берем провод на 2,0 кв. мм.

При желании узнать, сколько киловатт 2 и 5 квадрата сечения провода смогут обеспечить в токовой нагрузке, можно воспользоваться еще одним сводным документом, называемым специалистами «таблицей мощностей». Она, как правило, представляется в виде, совмещенном с таблицей токов (смотрите рисунок ниже).

Таблица мощностей

Из нее находим, что для сечения 2,5 кв. мм допустимая мощность будет равна 4,6 кВт (при токе 21 Ампер), что очень близко к расчетным данным для 2,0 кв. мм.

В иных условиях прокладки и материалах проводов (алюминиевых, например) цифры будут другими.

Многожильный кабель

Для комбинированного кабеля, состоящего из нескольких проложенных вплотную медных жил расчет предельной нагрузки (ее токового значения) и мощности в ней будет выглядеть иначе. Это связано с тем, что при близком расположении отдельных проводников их тепловые поля перекрываются. Вследствие этого показатели предельного тока и мощности в нагрузке имеют меньшие значения (фото многожильного кабеля приводится ниже).

Кабель многожильный

В качестве примера рассмотрим, кабель 3х4 квадрата сколько выдерживает киловатт. Многожильный провод, состоящий из 3-х жил сечением по 4 кв. мм каждая, согласно таблицам токов, мощностей и нагрузок способен выдерживать ток до 27 Ампер при мощности в нагрузке до 6-ти кВт.

То же самое можно сказать и о мощности кабеля в квт, выбираемой по той же таблице. Продукция этого класса, рассчитанная на значительные токи, обычно используется для подключения таких энергоемких потребителей, как:

• Силовое загородное оборудование (насосы, электродвигатели и т.п.);
• Стиральные машины и электропечи (духовки);
• Автоматические системы управления раздвижными воротами и другие механизмы.

Многожильные кабельные изделия широко применяются при прокладке электропроводки в квартирах и частных домах и рассчитываются по тем же таблицам (в общем случае это таблица нагрузок).

Длительно допустимые токи

Еще один фактор, обязательно учитываемый при выборе сечения электропровода, шины или кабельной укладки, – нагрев их за счет протекающего тока, который меняет свойства большинства проводящих материалов. Чрезмерный нагрев грозит не только постепенным разрушением изоляции, но и способствует нарушению имеющихся контактных соединений, что со временем может привести к непоправимым последствиям.

Максимальный ток, соответствующий предельной температуре нагрева проводников или контактных соединений, называется длительно допустимым. Его величина для каждой конкретной цепи определяется не только материалом провода, но и его сечением, типом изоляции, а также условиями охлаждения.

Соответствующая этому току длительно допустимая температура нагрева жил лежит в диапазоне от 50-ти до 80-ти градусов по Цельсию (конкретное ее значение зависит от типа изоляции и прикладываемого напряжения).

В заключительной части раздела отметим, что при проведении практических вычислений тепловых режимов следует пользоваться уже готовыми таблицами.

В них обычно указываются данные по длительно допустимым значениям токов, определяемым по показателю нагрева медных или алюминиевых проводников при различных условиях их прокладки (в трубах, открыто, на воздухе или в земле).

Видео