Как сделать расчет сечения кабеля по току: параметры, пояснения, формула, использование таблицы

Расчет сечения кабеля по току проводят специально для того, чтобы определить, насколько выбранный провод соответствует нормам безопасной и надежной эксплуатации электрической проводки. Безопасность в этом плане определяется его работой под напряжением и силовой нагрузкой, которые не приводят к нагреву и возгоранию электрической сети.

Базовые понятия

Электрический ток – это направленное в одну сторону движение электронов. При этом чем больше мощность потребления тока, тем больше их проходит по кабелю за определенный промежуток времени.

Теперь на основе этих сопоставлений, можно заключить следующее:

1. Если мощность потребляемого тока большая, а сечение кабеля малое, то есть сопротивление провода высокое, то ток проходит по проводнику с трудом, выделяя большое количество тепловой энергии. Кабель нагревается, иногда до высоких температур, отчего его изоляция расплавляется. Происходит соприкосновение металлических жил фазы и нуля, что приводит к короткому замыканию. В дополнении высокая температура становится причиной возгорания, отчего часто происходят пожары.
2. Если сечение кабеля больше, чем того требует мощность потребляемого тока – это не критическая ситуация. Никаких КЗ и пожаров. Но большое сечение – это большая цена. Переплачивать за ситуацию, в которой не было проведено расчета, не стоит. Особенно если это касается кабеля медного.

Отсюда вывод: лучше сделать расчет, тем более, он несложный. Для этого будут достаточны базовые знания математики и физики.

Провод одножильный и многожильный

Перед тем как перейти к расчету, необходимо разобраться в двух понятиях: что собой представляет кабель одно- и многожильный.

На рынке электрический кабель представлен двумя моделями:

• внутри изоляционной оплетки находится одна проволока;
• внутри изоляции много тонких проволочек, переплетенных между собой.

Первый – наилучший вариант, потому что у него монолитная конструкция, обладающая высокими токопроводящими качествами. Второй – провода с повышенной гибкостью. Именно для этих целей такая конструкция была изобретена.

Обе эти разновидности относятся к категории одножильных кабелей. Если в общей дополнительной изоляции находится несколько одножильных кабелей в собственных оплетках, то это уже многожильный кабель. Здесь двух-, трехжильные и так далее. В многожилках могут использоваться одножильные с одной монолитной проволокой или с множеством маленьких проволочек.

Считается, что многожильные модели – это кабели, одножильные – это провода. Однопроволочные проводники лучше использовать на участках, где не будет их подвижек. К примеру, если провод замуровать в стену.

Многопроволочные чаще используют, когда кабели должны оставаться подвижными. Самый распространенный пример – провода от бытовой техники.

В независимости от типа проводов расчет проводится одинаково. Просто при определении сечения многожильных моделей учитываются сечения всех одножильных, которые включены в конструкцию.

Диаметр и площадь поперечного сечения провода

Эти два значения – не одно и то же. Диаметр можно измерить, потому что это отрезок, соединяющий две точки на окружности. Он проходит через центр последней. Измеряется чаще в миллиметрах (мм).

Площадь – это размерная характеристика плоской фигуры. Измерить ее невозможно, значение подлежит только расчету. Измеряется в квадратных миллиметрах (мм²).

Вся кабельная продукция определяется по сечению, то есть по площади. Для этого созданы таблицы и классификации. Зная марку электропровода, можно в таблице посмотреть все его характеристики, и сечение в том числе.

Эту формулу используют, если проводится расчет сечения кабеля одножильного однопроволочного. С многопроволочным придется повозиться, потому что проволочки надо будет распушить, выбрать одну и измерить ее диаметр.В качестве измерителей используют штангенциркуль или микрометр.

Далее проводится расчет сечения этой проволочки. Результат умножается на количество проволочек. Это и будет сечение многопроволочного электрокабеля.

Основные параметры электрической цепи

Перед тем как рассчитать сечение провода, нужно ознакомиться с характеристиками электрических сетей. Они также берутся в расчетах сечения. Характеристик несколько:

• сила тока;
• мощность;
• сопротивление электрокабеля;
• напряжение питающей сети;
• количество тепловой энергии, выделяемой, когда по кабелю проходит электрический ток.

Формула электросети – это закон Ома: I=U/R, где:

• I – сила тока;
• U – напряжение питающей сети;
• R – сопротивление.

Вторая важная формула – определение мощности: P=I*U.

Получается, что все важные характеристики расчета взаимосвязаны. На фото ниже показано эта взаимосвязь.

Для расчета сечения провода чаще пользуются формулой R = ρ × L / S, где:

• ρ – удельное сопротивление металла, из которого сделана жила;
• L – длина контура;
• S – сечение, площадь провода.

Что касается сопротивления удельного – обычно в кабелях используют два металла: алюминий и медь. Показатель первого – 0,029 Ом м, второго – 0,0175 Ом м. Сопротивления алюминиевых кабелей выше, чем медных.

Значит, для одинаковой мощности необходим алюминиевый провод с большим сечением, чем у медного. Поэтому последние сегодня востребованнее. Но это не единственная причина популярности медных кабелей.

Еще одна характеристика – количество выделяемой тепловой энергии. В основе расчета этого показателя лежит формула Джоуля-Ленца: Q = I²*R*Δt.

Нагрев электрокабеля напрямую зависит от силы тока и сопротивления проводника. А так как сопротивления медных проводов ниже, чем у алюминиевых, то нагреваться они при одинаковой силе тока в электрической цепи будут меньше.

Материалы, из которых изготавливается проводка

Здесь два основных металла: алюминий и медь. Есть и стальные аналоги, но они используются в виде узкоспециализированных проводов. Выше уже обозначалось, что медь по двум критериям превосходит алюминий. Другие преимущества:

1. Оба металла подвержены процессам окисления. Но медь покрывается тонкой оксидной пленкой, которая через себя хорошо проводит ток. Она обладает низким переходным сопротивлением. В этом плане алюминий проигрывает, потому что его оксиды – это диэлектрики. Вот почему алюминиевые концы и контакты часто зачищают.
2. Прочность меди выше, но это более гибкий материал. Сломать медный провод под любыми видами нагрузки сложно. Алюминий сломается, если жилу несколько раз перекрутить.
3. Текучесть у алюминия выше. Поэтому под действием высоких температур он начинает течь, что становится причиной снижения надежности контактов.
4. Провести сварку или пайку медных кабелей проще. Можно сделать даже своими руками. Эти процессы с алюминиевыми проводниками требуют дополнительного использования разных материалов: флюсы и припои. Также потребуется опыт и умение их проведения.
5. Алюминий легче меди.
6. Алюминий дешевле меди.

Две последние позиции были причинами массового использования алюминиевых электрокабелей в многоквартирном строительстве. Сегодня СНиПами эта привилегия отменена в пользу медных кабельных изделий.

Как определить сечение электропровода

Через вышеобозначенные формулы можно сделать выбор сечение кабеля по току, по сопротивлению или другим показателям электрической цепи. Появляется возможность выбрать любой вариант, который легче или удобнее в расчете.

Расчет с помощью допустимой плотности тока

Самое опасное явление, которое может произойти с электрокабелем, это его возгорание, приводящее к пожару или к короткому замыканию. А возгорание происходит при перегреве. Значит, это явление надо исключить.

Расчет теплотехнический сложен. Но есть таблицы и формулы, которыми можно воспользоваться, проводя расчеты. К примеру, важная характеристика, влияющая на нагрев электрокабеля, – плотность электрического тока, обозначаемая буквой G.

Но эта характеристика соответствует данным значениям лишь в том случае, если температура воздуха +20 ℃. Когда она выше, то табличная плотность электрического тока умножается на понижающий коэффициент 0,9 на каждые 10 ℃. К примеру, если температура воздуха +40 ℃, значит, плотность тока медного кабеля составляет: 4х0,9х0,9=3,24 А/мм².

Чтобы соотнести это с сечением, надо знать, под какую нагрузку прокладывается электрический контур. К примеру, он должен выдерживать максимально 2 кВт или 2000 Вт. Значит, по кабелю будет протекать ток силою: I=P/U=2000/220= 9,1 А.

Сила и плотность тока известны, можно провести расчет сечения кабеля по току: S= I/G= 9,1 / 3,24 = 2,8 мм².

Электрокабеля с таким сечением нет. Поэтому выбирается ближний с большим значением. Это 3 мм².

Поиск необходимого сечения с помощью таблиц

Многие люди расчеты делать не любят. Поэтому предлагаются таблицы, в которые внесены значения, рассчитанные специалистами по вышеобозначенным формулам. К примеру, ниже на фото таблица токов и сечений кабелей.

Есть другие таблицы с приоритетом сечения проводов, по которым определяется сила тока и мощности нагрузки.

Предлагаются также таблицы, в которых указываются условия прокладки электрокабеля. К примеру, под землей или открытым способом по воздуху. Учитываются теплопроводные качества среды, в которой прокладывается кабель.

Но чаще пользуются простыми таблицами, из которых можно почерпнуть полную информацию, не вникая в дебри электрики и теплотехники. При этом сечение провода по току будет определенно максимально точно и без расчетов.

Возможная поправка сечения жилы на сопротивление линии

У меди и алюминия высокая токопроводимость – не зря эти два металла используются в кабельной продукции. У них же небольшое сопротивление соответственно. Поэтому при прокладке на небольшие расстояния последний параметр не учитывают.

Но если контур длинный, то потери напряжения будут чувствительными. Поэтому в Правилах эксплуатации электроустановок (ПУЭ) обозначено – если напряжение упало больше, чем на 5% от номинала, то необходимо взять электрокабель большего сечения от расчетного.

Если возникли вопросы по теме, как определить сечение провода по току и мощности, можно задавать их в комментариях. Сохраните полезную статью в закладках, чтобы формулы всегда были под рукой.