Выбор сечения кабеля.

Правила выбора сечения провода в зависимости от расчетного тока.

Таблицы зависимости тока и сечения.

При прокладке силовых коммуникаций основной возникающий вопрос – выбор типа и сечения провода, который нужно использовать. При этом тип провода, определяющий материал и количество изоляционных оболочек (различные виды пластика и других материалов), а также материал (медь или алюминий) и тип (одно- и многожильный) проводника, выбирается исходя из условий, в которых будет проложен провод. Сечение же провода определяется исходя из максимального тока, который будет протекать по проводу продолжительное время. Помочь в выборе сечения провода вам помогут следующие таблицы.

Примечание 1. Значения токов для проводов 220/380В приведены по стандартному ряду автоматических предохранителей, сечения проводов округлены в большую сторону до стандартных сечений выпускаемых проводов из соответствующего материала.

Примечание 2. Приведены данные для температуры 30°С. Для более высоких температур следует переходить к следующему (большему) сечению на каждые 20°С.

Примечание 3. При прокладке в жгуте нескольких проводов следует увеличивать сечение провода: для 2-9 проводов в жгуте на 80%, для 10-20 проводов на 160%.

Примечание 4. "Значение AWG" — маркировка провода по American Wire Gauge System (Американской системе измерения проводов), особенно часто эти обозначения используются для акустических кабелей.

Падение напряжения в проводе.

       При организации питания электрических цепей низкого напряжения на главное место выходит выбор длин и сечения кабеля. Это связанно с существенным падением напряжения в проводнике для цепей постоянного тока с низким напряжением. Проще говоря, если Вы решили построить светодиодное освещение фасада длиной 40м и расположили светодиодные прожектору мощностью 3 Вт каждый соединив их по паралельной схеме через какой то промежуток, при этом источник питания поставили на одном конце провода, то при сечении кабеля 2.5 мм.кв. последний прожектор в цепи будет светить "в пол накала". Связанно это будет с тем, что потери напряжения на конце провода будут составлять около 5В. 

 Для рсчета потерь напряжения в проводе есть простая и понятная программа" Аврал дельта". Скачать .

Итак, если взять одну мощность, то при понижении напряжения ток должен возрастать, согласно формуле:

P = I U. (1)

При этом потери на проводе при передаче рассчитываются из закона Ома:

U = R I. (2)

Из этих двух формул видно, что при понижении питающего напряжения потери на проводе возрастают. Поэтому чем ниже питающее напряжение, тем большее сечение провода нужно использовать, чтобы передать ту же мощность.

Для постоянного тока, где используется низкое напряжение, приходится тщательно подходить к вопросу сечения и длины, поскольку именно от этих двух параметров зависит, сколько вольт пропадёт зря.

Сопротивление медного провода постоянному току

Сопротивление провода зависит от удельного сопротивления ρ, которое измеряется в Ом·мм²/м. Величина удельного сопротивления определяет сопротивление отрезка провода длиной 1 м и сечением 1 мм².

Сопротивление того же куска длиной 1 м рассчитывается по формуле:

R = (ρ l) / S, где (3)

R — сопротивление провода, Ом,

ρ - удельное сопротивление провода, Ом·мм²/м,

l — длина провода, м,

S — площадь поперечного сечения, мм².

Сопротивление меди равно 0,0175 Ом·мм²/м, это значение будем дальше использовать при расчетах.

Не факт, что производители медного кабеля используют чистую медь, поэтому на практике всегда сечение берется с запасом, а от перегрузки провода используют защитные автоматы.

 

Из формулы (3) следует, что для куска провода сечением 1 мм² и длиной 1 м сопротивление будет 0,0175 Ом.

Теперь по формуле (2) рассчитаем напряжение на проводе:

U = ((ρ l) / S) I ,             (4)

Вот такие табличные данные будут для длины 1 м и тока 1А:

Таблица 1.
Падение напряжения на проводе 1 м разного сечения

Расчеты по выбору сечения провода для постоянного тока проводятся по формуле (4).

Таблица 2.
Падение напряжения при разном сечении провода (верхняя строка) и токе (левый столбец).
Длина = 1 метр

1. Красным цветом отмечены те случаи, когда провод будет перегреваться, то есть ток будет выше максимально допустимого для данного сечения.

2. Синий цвет — когда применение слишком толстого провода экономически и технически нецелесообразно и дорого. За порог взял падение менее 1 В на длине 100 м.

   Пользоваться таблицей очень просто. Например, нужно запитать некое устройство током 10А и постоянным напряжением 12В. Длина линии — 5 м. На выходе блока питания можем установить напряжение 12,5 В, следовательно, максимальное падение — 0,5В.

   В наличии — провод сечением 1,5 квадрата. Что видим из таблицы? На 5 метрах при токе 10 А потеряем 0,1167 В х 5м = 0,58 В. Вроде бы подходит, учитывая, что большинство потребителей терпит отклонение +-10%.

   Но. Провода ведь у нас фактически два, плюс и минус. и общая длина — 10 метров, и падение будет на самом деле 1,16 В.

   Иначе говоря, при таком раскладе на выходе БП 12,5 Вольт, а на входе устройства — 11,34.

   И это — не учитывая переходное сопротивление контактов и неидеальность провода («проба» меди не та, примеси, и т.п.)

   Поэтому такой кусок кабеля скорее всего не подойдет, нужен провод сечением 2,5 квадрата. Он даст падение 0,7 В на линии 10 м, что приемлемо.

   А если другого провода нет? Есть два пути.

   1. Надо размещать источник питания 12,5 В как можно ближе к нагрузке. Если брать пример выше, 5 метров нас устроит. Так всегда и делают, чтобы сэкономить на проводе.

   2. Повышать выходное напряжение источника питания. Это черевато тем, что с уменьшением тока нагрузки напряжение на нагрузке может подняться до недопустимых пределов.

   
   

   Например, в частном секторе на выходе трансформатора (подстанции) устанавливают 250-260 Вольт, в домах около подстанции лампочки горят как свечи. В смысле, недолго. А жители на окраине района жалуются, что напряжение нестабильное, и опускается до 150-160 Вольт. Потеря 100 Вольт! Умножив на ток, можно вычислить мощность, которая отапливает улицу, и кто за это платит? Мы, графа в квитанции «потери». 

   Вывод по выбору сечения провода для постоянного напряжения:

   Чем короче и толще провод, по которому течет постоянный ток, тем лучше. Если смотреть на таблицу 2, нужно выбирать значения сверху-справа, не переходя в «синюю» зону.

   Для переменного тока ситуация та же, но вопрос не стоит столь остро — там мощность передается за счет повышения напряжения и понижения тока. См. формулу (1).

   В заключение — таблица, в которой падение постоянного напряжения задано пределом 2% , а напряжение питания равно 12 В.  Искомый параметр — максимальная длина провода.

   Таблица 3. Максимальная длина провода для падения постоянного напряжения 2%.

   S,мм² I,A	1	1,5	2,5	4	6	10	16	25	35	50	75	100
   1	7	10,91	17,65	28,57	42,86	70,6	109,1	176,5	244,9	-	-	-
   2	3,53	5,45	8,82	14,29	21,4	35,3	54,5	88,2	122,4	171,4	-	-
   4	1,76	2,73	4,41	7,14	10,7	17,6	27,3	44,1	61,2	85,7	130,4	-
   6	1,18	1,82	2,94	4,76	7,1	11,7	18,2	29,4	40,8	57,1	87	117,6
   8	0,88	1,36	2,2	3,57	5,4	8,8	13,6	22	30,6	42,9	65,25	88,2
   10	0,71	1	1,76	2,86	4,3	7,1	10,9	17,7	24,5	34,3	52,2	70,6
   15	-	0,73	1,18	1,9	2,9	4,7	7,3	11,8	16,3	22,9	34,8	47,1
   20	-	-	0,88	1,43	2,1	3,5	5,5	8,8	12,2	17,1	26,1	35,3
   25	-	-	-	1,14	1,7	2,8	4,4	7,1	9,8	13,7	20,9	28,2
   30	-	-	-	-	1,4	2,4	3,6	5,9	8,2	11,4	17,4	23,5
   40	-	-	-	-	-	1,8	2,7	4,4	6,1	8,5	13	17,6
   50	-	-	-	-	-	-	2,2	3,5	4,9	6,9	10,4	14,1
   100	-	-	-	-	-	-	-	1,7	2,4	3,4	5,2	7,1
   150	-	-	-	-	-	-	-	-	-	2,3	3,5	4,7
   200	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	2,6	3,5

   Наша полторашка по этой таблице может иметь длину только 1 метр. Падать на ней будет 2%, или 0,24В. Проверяем по формуле (4) — всё сходится.

   Если напряжение выше (например, 24 В постоянного тока), то и длина может быть соответственно больше (в 2 раза).