Много статей не имеет срока устаревания. Есть смысл смотреть и 2011, и даже 2008 год. Политика сайта: написать статью, а потом обновлять ее много лет.
Открыта карта ВТБ для материальной поддержки сайта: 4893470220568296.

Рекламодателям! Перестаньте спамить мне на почту с предложениями о размещении рекламы на этом сайте. Я никогда спамером/рекламщиком не был и не буду!
" title="Написать письмо">Написать письмо

Статистика

Пользователи : 1
Статьи : 1240
Просмотры материалов : 4496874
 
Определение максимальной мощности для электрического провода-2 (24.05.2015). Печать E-mail
2015 - Май
24.05.2015 19:24
Save & Share

2 года назад была статья на одноименную тему. Но там шла речь о том, что уже существует готовая таблица, отражающая прямую зависимость сечения провода от количества ампер. Но выяснилось, что таблиц в интернете много, и разница в их показаниях настолько существенна, что становится опасной.

Вкратце: руководствоваться нужно главой 1.3 ПУЭ, таблицами 1.3.4-1.3.11, количество ампер зависит от типа изоляции и металла одного и того же кабеля. Для более мелких сечений применять логику, что если сечение провода меньше в 2 раза - и максимум ампер уменьшается в 2 раза. Также нужно иметь под рукой таблицу стандарта AWG и его сечений.

А дальше подробно (пришел к пониманию без ПУЭ к примерно похожим величинам, при помощи инородных таблиц).

Например, в одной таблице для сечения медного провода 25мм2 указано значение 140А, а в другой - 81А. Единственный способ определить правильную таблицу - это удалить все таблицы и составить свою, исходя из формул и физических законов (и понять, почему эти таблицы разные). И несмотря на то, что расчет сечения провода содержит в себе гораздо больше переменных, чем кажется, - всегда можно выбирать провод с каким-то запасом по сечению.

Рассмотрим сферического коня идеальный одножильный медный провод в вакууме. Площадь сечения провода зависит не только от силы тока, но и от длины провода, желаемого напряжения на другом его конце (провод тоже сопротивление, и напряжение на нем падает), удельного сопротивления меди.

S = (2 · p · L · I) / (Uнач - Uкон),
где S - площадь сечения провода (мм2),
p - удельное сопротивление меди 0.018 (Ом · мм2 / м);
L - длина провода (м);
I - сила тока (А);
Uнач - напряжение на начале провода (В);
Uкон - напряжение на конце провода (В).

Разница начального и конечного напряжения на проводе, по сути, означает тепловыделение на проводе, по формуле мощности P = I · U. Идеального провода не бывает, но и сильного его нагрева тоже не хочется. Поэтому пока примем небольшое число, равное 5В. При силе тока 50А (крутой проточный водонагреватель 11кВт) провод на себя возьмет 250Вт энергии, и она будет расползаться по его объему, нагревая все больше и больше.

Вступает в силу теплоемкость меди: 385кДж/(кг·К) или 0.104кВт/(кг·К·ч). То есть, 1 килограмм меди будет нагрет на 1 градус, если поглотит в себя 104Вт за час. Плотность меди 8940кг/м3. Объем считается по площади сечения и длине, поэтому можно узнать массу провода и скорость его нагрева.

Пусть мы решили, что на проводе может упасть 5В, его длина 10 метров, сила тока 50А. Тогда S = 3.6мм2. Объем провода равен 0.000036м3, масса - 0.322кг. Мощность, рассеиваемая на проводе, составляет 250Вт в час. Значит, данный провод будет нагреваться каждый час на 7.47 градуса. Теперь предположим, что провод был взят меньшего сечения, в обход инструкции: 3мм2 - масса 0.368кг, нагрев 8.97 градусов в час, 2мм2 - около 13 градусов в час. Если взять исходную температуру тела человека 36.6 - то при 50 градусах уже ощущается ожог при прикосновении. Значит, по истечение пары часов провод 2мм2 заставит руку отдернуться.

Смотрим таблицы, правильно ли выбрана величина Uнач - Uкон = 5В. В одной провод 4мм2 рассчитан на 40А, в другой - 25А. Значит, величина 5В не такая уж и небольшая и взята некорректно. Также это и есть причина разной информации в таблицах; но обе они считают, что нагрев провода на 7.5 градусов в час - это много. Плюс, наверняка, учитывают длину провода более 10 метров (но не пишут, хотя с длиной провода растет его общее сопротивление!).

С этой думой и подходим ко второй части расчетов: неидеальности реального мира. Удельное сопротивление меди 0.018Ом·мм2/м - только при нормальных условиях: 20 градусах Цельсия. Летом стены могут прогреваться и до 30 градусов, а это уже величина 0.0195Ом·мм2/м (температурный коэффициент сопротивления 0.0039К-1). Значит, в нашем проводе учитывалось идеальное сопротивление 0.1Ом, но удельное сопротивление выросло - и оно стало 0.11Ом. Значит, количество выделяемой энергии увеличилось до 275Вт, это приведет к повышению нагрева провода - и так в цикле до расплавления провода или пожара. Мало того, увеличение сопротивления вызывает и повышение падения напряжения на проводе, и повышение общей силы тока цепи (за счет основного потребителя, которого вольтажом обделили при той же мощности) - двойной удар по рассеиваемой мощности на проводе.

Кстати, чтобы рассеять иллюзии о том, что десяток ватт - это немного. Из практики достаточно подержать в руках лампочку на 20Вт полминуты, если выдержите. Был эксперимент с резистором, на котором рассеивалось 20.2Вт в час. Уже через пару минут приближение к резистору сверху на расстояние 2см было опасным (ожог), т.к. его температура была градусов 130-150. Кстати, нагрев проводов ой-как зависит от нагрузки: представляю, как нагреются провода, если в розетку резистор 1Ом засунуть (уж не полыхнут ли).

Одного удельного сопротивления недостаточно для полного понимания реальной картины (почти всегда в худшую сторону). Роль в нагреве провода также играют: количество жил в проводе (уменьшение его реального сечения, по сравнению с одножильным), толщина и теплопроводность изоляции (и материалов, ее касающихся), чистота меди, степень ее окисления, проседание напряжения сети (растет сила тока), качество контактов, внешняя площадь провода и ещё те, которые мне неизвестны.

Отдельный вопрос о контактах (ведь всегда возгорание начинается с места соединения 2-х проводников): плохой контакт с проводом вызовет высокое тепловыделение, которое будут поглощать контакты и провода, то есть на месте контакта провод может нагреваться до 80 градусов. Значит, удельное сопротивление на этом участке провода (порядка 0.1м) будет уже 0.022Ом·мм2/м, само сопротивление - 0.00122Ом, рассеиваемая мощность на участке - уже 3.05Вт (помимо тепла, получаемого от плохого контакта).

Толщина жилы определяется путем намотки 10 витков провода на цилиндрическую поверхность и измерения ширины полученной намотки - 1/10 намотки и есть толщина жилы. Далее применяется формула Sпровода = pi • D2 / 4, где D - диаметр жилы.

Остальные параметры сложно вычислить или предсказать - нужно определиться с величиной Uнач - Uкон (около 1.5В), и на основе ее вычислить всю таблицу сечений проводов. Тут получится, с одной стороны, идеально чистая медь; а с другой стороны - полное отсутствие передачи тепла во внешнюю среду. Здесь была таблица, но я ее стер, чтобы не вводить в заблуждение. Нужно пользоваться документами, указанными в начале статьи.

Обновлено ( 25.05.2015 23:33 )
 
 

Последние новости


©2008-2019. All Rights Reserved. Разработчик - " title="Сергей Белов">Сергей Белов. Материалы сайта предоставляются по принципу "как есть". Автор не несет никакой ответственности и не гарантирует отсутствие неправильных сведений и ошибок. Вся ответственность за использование материалов лежит полностью на читателях. Размещение материалов данного сайта на иных сайтах запрещено без указания активной ссылки на данный сайт-первоисточник (ГК РФ: ст.1259 п.1 + ст.1274 п.1-3).