Проводимость и сопротивление воздушных и кабельных линий

Технологии

Высоковольтные провода нулевого сопротивления

Данный тип проводов широко применяется в системах зажигания автомобилей. Сопротивление высоковольтных проводов достаточно мало и составляет несколько долей ома на метр длины. Напомним, что сопротивление такой величины невозможно измерять омметром общего применения. Зачастую для задачи измерения малых сопротивлений применяют измерительные мосты. Конструктивно такие провода имеют большое количество медных жил с изоляцией на основе силикона, пластмасс или других диэлектриков. Особенность применения таких проводов заключается не только в работе при высоком напряжением, но и передаче энергии за короткий промежуток времени (импульсный режим).

Биметаллический кабель

Основная сфера применения упомянутых кабелей – передача высокочастотных сигналов. Сердечник провода изготавливают из металла одного типа, поверхность которого покрывают металлом другого типа. Поскольку на высоких частотах проводящим является только поверхностный слой проводника, то есть возможность замены внутренности провода. Тем самым достигается экономия дорогостоящего материала и повышаются механические характеристики провода. Примеры таких проводов: медь с нанесением серебряного покрытия, сталь с медным покрытием.

Таблица удельных сопротивлений проводников

Расчет заземления

В некоторых ситуациях с расходами не считаются. Военную и космическую технику создают с применением проводников из драгоценных металлов. Такие решения помогают уменьшить сечение и вес, повысить стойкость к радиационным и другим особым воздействиям.

Данные для расчета электрических параметров проводников с учетом изменения температуры

Применение нержавеющей стальной проволоки помогает увеличить прочность при одновременной оптимизации себестоимости. Для улучшения антикоррозийных свойств применяют специальные добавки. Они повышают сопротивление проводника из стали почти в 10 раз, по сравнению с медным аналогом.

В любом случае особое значение имеют конкретные условия в процессе использования, а также назначение изделий. Никель, например, проявляет ферромагнитные свойства при чрезвычайно низких температурах ниже порогового значения «точки Кюри» (-358 0°C). Кремний, который применяют для изготовления микросхем и транзисторов, обладает особыми параметрами полупроводника.

ГОСТ 22483-77 и ГОСТ 22483-2012. Определение электрического сопротивления токопроводящей жилы одножильных и многожильных кабелей, проводов, шнуров по таблицам, в зависимости от её класса

* На территории Украины принят стандарт ДСТУ EN 60228, но его текста нет, поэтому используйте стандарт международной электротехнической комиссии IEC 60228, который является исходным материалом (сканированная нераспознанная копия в pdf-формате на английском языке).
 
Отменённый стандарт ГОСТ 22483-77 (pdf-формат).
На территории Италии действует CEI 20-29 (проверяется через поиск по фразе «CEI 20-29 IEC 60228».
 
Стандарт не предусматривает соответствия геометрического размера жилы в мм2 заявленному значению, отслеживается только электрическое сопротивление (пункт 2.8 на странице 10 из ГОСТ 22483-77 и пункт 2.2 на странице 4 из ГОСТ 22483-2012).
 
 

Сфера распространения стандарта ГОСТ 22483-77

Нормативный документ распространяет своё влияние на круглые и фасонные уплотнённые и неуплотнённые токоведущие жилы кабелей, проводов и шнуров. Жилы изготовлены из медной, медной лужёной, алюминиевой проволоки.
 
Исключениями являются радиочастотные кабели, кабели связи, обмоточные провода, маслонаполненные проводники для воздушных ЛЭП (линий электропередач). На проводники специального назначения влияет частично либо полностью, в зависимости от соответствующих технических условий. Перечисление кабелей и проводов специального предназначения ведётся в приложении 1 (страница 10).
 
Текст, приведенный на этой странице, перефразирован без потери здравого смысла, для принятия окончательного решения предпочтительней использовать оригинал (ссылка для скачивания вверху страницы).
 
 

Определение электрического сопротивления жилы для кабеля, провода и шнура

Определение электрического сопротивления в омах для токоведущей жилы кабельно-проводниковой продукции ведётся по таблицам ГОСТ 22483-77.
Указано электрическое сопротивление постоянному току 1 000 м жилы при температуре +20 °С.
 
Если требуется определить сопротивление электрическому току при другой температуре используют формулы:
R = R₂₀ ∙ (242,5 + t) / 262,5 для меди;
R = R₂₀ ∙ (228 + t) / 248 для алюминия; где:

• R₂₀ – сопротивление изъятое из нижеследующих таблиц при +20 °С;
• t – значение температуры в °С, при которой высчитывается характеристика.

Для выявления нужного значения электрического сопротивления необходимо знать:

• номинальное сечение токопроводящей жилы кабеля, провода либо шнура;
• класс жилы (от 1 до 6 включительно);
• материал, из которого изготовлена жила (медь или алюминий);
• для медной проволоки учитывается лужёная она либо нет (зачастую, лужение применяют для проводников в тропическом исполнении с целью защиты от коррозии).

Таблица удельных сопротивлений проводников

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм2 обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм2. Серебро — лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм2 обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r — сопротивление проводника в омах; ρ — удельное сопротивление проводника; l — длина проводника в м; S — сечение проводника в мм2.

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм2.

Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм2.

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм2. Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм2 и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 — 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

температурный коэффициент сопротивления — это изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1° температуры, обозначается буквой α.

Если при температуре t0 сопротивление проводника равно r0, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Таблица 2

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление – это табличная величина, для каждого металла она своя. Она нужна для расчета и зависит от кристаллической решетки металла и структуры атомов.

Из таблицы видно, что самое меньшее сопротивление у серебра, для медного кабеля оно равняется 0,017 Ом*мм2/м. Такая размерность говорит нам, сколько приходится Ом при сечении в 1 миллиметр квадратный и длине в 1 метр.

Кстати, серебряное покрытие используется в контактах коммутационных аппаратов, автоматических выключателей, реле и прочего. Это снижает переходное контактное сопротивление, повышает срок службы и уменьшает нагрев контактов. При этом в контактах измерительной и точной аппаратуры используют позолоченные контакты из-за того, что они слабо окисляются или вообще не окисляются.

У алюминия, который часто использовался в электропроводке раньше, сопротивление в 1,8 раза больше чем у меди, равняется 2,82*10-8 Ом*мм2/м. Чем больше сопротивление проводника, тем сильнее он греется. Поэтому при одинаковом сечении алюминиевый кабель может передать меньший ток, чем медный, это и стало основной причиной почему все современные электрики используют медную электропроводку. У нихрома, который используется в нагревательных приборах оно в 100 раз больше чем у меди 1,1*10-6 Ом*мм2/м.

Сопротивление кабелей с бумажной, резиновой и поливинилхлоридной изоляцией на напряжение 6 — 35 кВ

3. Справочник по проектированию электроснабжению. Ю.Г. Барыбина. 1990 г. Таблица 2.63, страницы 175-176.

4. Справочная книга электрика. Григорьева В.И. 2004г. Таблицы 3.9.7; 3.9.11; страницы 448-449

Если значения активных и реактивных сопротивлений кабелей, вы не нашли в приведенных таблицах. В этом случае, сопротивление кабеля можно определить по приведенным формулам с подстановкой в них фактических параметров кабелей.

Методика расчета представлена в книге: «Проектирование кабельных сетей и проводок. Хромченко Г.Е. 1980 г, страницы 45-48».

Активное сопротивление кабеля

1. Активное сопротивление однопроволочной жилы, определяется по формуле 2-1, Ом:

где:

• l — длина жилы, м;
• s – поперечное сечение жилы, мм2, определяется по формуле: π*d2/4;
• d – диаметр жилы кабеля;
• α₂₀ – температурный коэффициент сопротивления, равный при 20 °С:
• 0,00393 1/град – для меди;
• 0,00403 1/град – для алюминия;
• ρ₂₀ – удельное сопротивление материала жилы при 20 °С (температура изготовления жилы), можно принять согласно книги «Справочная книга электрика. Григорьева В.И. 2004г.» Таблица 1.14, страница 30.

tж – допустимая температура нагрева жилы, согласно ПУЭ п.1.3.10 и 1.3.12.

2. Активное сопротивление многопроволочной жилы определяется также по формуле 2-1, но из-за конструктивных особенностей многопроволочной жилы, вместо значений ρ₂₀ вводиться в формулу ρ_р равное:

• 0,0184 Ом*мм2/м – для медных жил;
• 0,031 Ом*мм2/м – для алюминиевых жил.

3. Удельное активное сопротивление жилы, отнесенное к единице длины линии 1 км, определяется из следующих зависимостей, Ом/км:

Индуктивное сопротивление кабеля

1. Удельное реактивное (индуктивное) сопротивление кабеля определяется по формуле 2-8, Ом/км:

где:

• d – диаметр жилы кабеля.
• lср – среднее геометрическое расстояние между центрами жил кабеля определяется по формуле :

где:

• l_А-В — расстояние между центрами жил фаз А и В;
• l_В-С — расстояние между центрами жил фаз В и С;
• l_С-А — расстояние между центрами жил фаз С и А.

Пример

Определить активное и индуктивное сопротивление кабеля марки АВВГнг(А)-LS 3х120 на напряжение 6 кВ производства «Электрокабель» Кольчугинский завод». Длина кабельной линии L = 300 м.

Решение

1. Определяем поперечное сечение токопроводящей жилы кабеля имеющую круглую форму:

S = π*d2/4 = 3,14*13,52/4 = 143 мм2

Расчет поперечного сечение секторной жилы, а также размеры секторных жил на напряжение 0,4 — 10 кВ представлен в статье: «Расчет поперечного сечения секторной жилы кабеля«.

где: d = 13,5 мм – диаметр жилы кабеля (многопроволочные уплотненные жилы), определяется по ГОСТ 22483— 2012 таблица С.3 для кабеля с токопроводящей жилой класса 2. Класс токопроводящей жилы указывается в каталоге завода-изготовителя кабельной продукции.

Ниже представлена классификация жил кабелей, согласно ГОСТ 22483— 2012:

2. Определяем удельное активное сопротивление кабеля марки АВВГнг(А)-LS 3х120, отнесенное к единице длины линии 1 км, Ом/км:

где:

• l = 1000 м – длина жилы, м;
• α₂₀ – температурный коэффициент сопротивления, равный при 20 °С:
• 0, 00393 1/град – для меди;
• 0,00403 1/град – для алюминия;
• ρ_р – удельное сопротивление материала многопроволочной жилы, равное:
• 0,0184 Ом*мм2/м – для медных жил;
• 0,031 Ом*мм2/м – для алюминиевых жил;
• tж = 65 °С — допустимая температура нагрева жилы, для кабеля напряжением 6 кВ, согласно ПУЭ п.1.3.10.

3. Определяем удельное активное сопротивление кабеля, исходя из длины кабельной трассы:

где: L = 0,3 км – длина кабельной трассы, км;

4. Определяем среднее геометрическое расстояние между центрами жил кабеля, учитывая что жилы кабеля расположены в виде треугольника.

где:

• l_А-В = 20,3 мм — расстояние между центрами жил фаз А и В;
• l_В-С = 20,3 мм — расстояние между центрами жил фаз В и С;
• l_С-А = 20,3 мм — расстояние между центрами жил фаз С и А.

Что бы определить расстояние между центрами жил кабеля, нужно знать диаметр жил кабеля d = 13,5 мм и толщину изоляции жил из поливинилхлоридного пластиката dи.ж = 3,4 мм, согласно ГОСТ 16442-80 таблица 4. Определяем расстояние между центрами жил фаз равное 20,3 мм (см.рис.1).

5. Определяем удельное реактивное (индуктивное) сопротивление кабеля марки АВВГнг(А)-LS 3х120, Ом/км:

где: d = 13,5 мм – диаметр жилы кабеля;

6. Определяем удельное реактивное сопротивление кабеля, исходя из длины кабельной трассы:

Расчет активного и реактивного сопротивлений кабеля

1234Следующая ⇒

Построение эквивалентной схемы замещения заданного участка сети

Для рассматриваемого примера эквивалентная расчетная схема будет иметь следующий вид (рисунок 3.1)

Рисунок 3.1 – Эквивалентная схема замещения заданного участка сети

Расчет сопротивлений систем

Расчетное напряжение определим по формуле:

.

Зная расчетное напряжение, можно определить сопротивление для первой системы :

.

Аналогично найдем сопротивление для второй системы :

.

Расчет сопротивлений линий электропередач

Зная что погонное сопротивление линий и их длину можно найти сопротивление.

Таблица сопротивления медного провода

Узнать резистентность проводника можно по таблицам. В них содержатся готовые результаты вычислений для разных кабелей.

Таблица меди на метр 1

Например, сопротивление меди на метр для различных сечений можно определить без вычислений, из соответствующей таблицы.

Таблица меди на метр 2

Важно! Таблицы не содержат данные о всех сечениях. Если нужно узнать величину импеданса для неуказанного кабеля, то находится среднее значение между двумя ближайшими известными сопротивлениями

Таблица сечений, сопротивлений, силы тока

Расчет сопротивления кабеля является важной задачей при проектировании электрической системы. Воспользовавшись формулами или таблицами, можно успешно ее решить

Теория и практика

Итак, если человек хоть немного знаком с основами электротехники, он должен знать, что чем толще провод, тем меньше сопротивление.

• Сравнить это теоретически можно с водопроводной трубой, по которой бежит вода. Если диаметр трубы достаточный, то жидкость протекает по ней, не испытывая никакого гидравлического сопротивления, и наоборот, маленькое отверстие увеличивает давление в трубе, пропускная способность падает, гидравлическое сопротивление растет.
• Также и поток электронов можно представить в виде воды, которая пытает протечь внутри провода. Однако электричество это совсем иная природа, соответственно и физические свойства у него другие.
• К чему может привести слишком высокое сопротивление? Самое банальное – это падение напряжения, в результате чего какая-нибудь лампа накаливания станет гореть тусклее, а какой-нибудь электроприбор не сможет стартовать.
• Прямым следствием прохождения мощного тока через проводник с достаточно высоким сопротивлением, будет его перегрев.

Рекомендуем действовать в следующей последовательности:

• Первым делом точно узнайте, какую нагрузку создают оба ваших прибора в условиях работы на максимальной мощности. Нас интересует сила тока, измеряемая в Амперах, или мощность — Ватты.
• Эти параметры вы легко отыщете в паспортах изделий.
• Если оба прибора будут запитаны от одной линии, то суммируйте полученные значения.
• Далее прибегайте к помощи таблицы, которая позволит безошибочно определить сечение провода.

На фото — таблица подбора сечения проводника

Как видно из приведенной таблицы максимальный ток для медного провода площадью 0,5 не должен превышать 11 Ампер.

https://youtube.com/watch?v=9ByGynkMIPY

Как правильно измерять

Для правильно измерения параметров сопротивляемости провода или кабеля нужно:

• Включить мультиметр и настроить его на соответствующие величины;
• Подсоединить любым способом один щуп к одному контакту провода или элемента, а другой — другому свободному;
• Если на дисплее загорелась единица, то максимальной мощности не хватает и нужно установить больший предел;
• Сравнить полученные значения с номинальными маркировками.

Важно! В процессе замера следует придерживаться простых, но важных мер безопасности: не браться за оголенные части щупов руками и быть осторожным при замере параметров некоторых видов электроприборов

Таким образом, электросеть может определяться многими параметрами, одним из которых является сопротивление. Мультиметровый способ узнать сопротивляемость — один из самых распространенных и простых. Для этого не нужно никаких специальных знаний и умений. Достаточно наличия предмета анализа и аппарата, чтобы проверить и зафиксировать соответствующие данные.

https://youtube.com/watch?v=6N07FIQbFfk

Есть немало ситуаций, когда будет полезно знать, как измерить сопротивление мультиметром и есть ли разница, каким устройством это лучше делать. Даже если человек не является заядлым радиолюбителем, то при домашних работах с электрикой часто возникает необходимость как минимум «прозвонить» провода – по сути, убедиться, что сопротивление провода находится в пределах допустимого.

Сопротивление – изоляция – электродвигатель

Сопротивление изоляции электродвигателей и кабелей также должно периодически измеряться и удовлетворять нормам. Изоляция обмоток статоров должна испытываться на пробой переменным напряжением 1 000 в при номинальном напряжении электродвигателя 380 б и 1 500 в при номинальном напряжении 500 а. Электрическая прочность изо-ляции обмоток роторов и реостатов должна проверяться напряжением, равным полуторному номинальному напряжению переменного тока на кольцах электродвигателя, но не ниже 1 000 в. Длительность испытания во всех случаях 1 мин.
 

Сопротивление изоляции электродвигателя, измеренное между крепящими болтами и валом, а также между обмотками двигателя должно быть не менее 5 Мом.
 

Сопротивление изоляции электродвигателей напряжением 3000 в и выше должно быть не ниже 1 Мам для обмоток статоров и 0 2 Мом для обмоток роторов. Помимо этого, измеряется коэффициент абсорбции, величина которого не нормируется. С помощью этого коэффициента определяются состояние изоляции и степень увлажненности обмоток двигателя.
 

Сопротивление изоляции электродвигателей напряжением 3000 в и выше должно быть не ниже 1 Мом для обмоток статоров и 0 2 Мом для обмоток роторов. Помимо этого, измеряется коэффициент абсорбции, величина которого не нормируется. С помощью этого коэффициента определяются состояние изоляции и степень увлажненности обмоток двигателя.
 

Сопротивление изоляции электродвигателей с напряжением до 500 в должно быть не ниже 0 5 мом у статорных обмоток и 0 2 мом у роторных как по отношению к корпусу, так и между фазами.
 

Сопротивление изоляции электродвигателей напряжением до 1000 в должно быть не ниже 0 5 Мом.
 

Сопротивление изоляции электродвигателя должно быть не менее i ком на 1 в рабочего напряжения. Коэффициент абсорбции берется из отношения значений сопротивления изоляции при различной длительности приложения напряжения.
 

Сопротивление изоляции электродвигателей переменного тока до 1000 В проверяют мегаомметром на напряжение 1000 В. При этом измеряют сопротивление изоляции обмоток фаз статора относительно друг друга ( если выведены начала и концы обмоток всех трех фаз) и относительно корпуса. Если выведены только три конца обмотки статора, то сопротивление изоляции измеряют лишь относительно корпуса. У двигателей с фазным ротором производят также измерение сопротивления изоляции обмоток ротора на корпус и между обмотками статора и ротора. Величина сопротивления изоляции для электродвигателей до 1000 В Правилами не нормируется.
 

Испытывают сопротивление изоляции электродвигателя и при необходимости просушивают его.
 

Измерение сопротивления изоляции электродвигателя напряжением до 1000 в производится мегомметром на напряжение 1000 в после текущего и среднего ремонта, при этом сопротивление должно быть не ниже 0 5 ом. В случае резкого снижения сопротивления изоляции по сравнению с предыдущими замерами, необходимо выяснить причину и принять меры к его восстановлению.
 

Величина сопротивления изоляции электродвигателей не нормируется. Сопротивление изоляции каждой цепи автоматики и вторичной коммутации должно быть не ниже 1 Мом.
 

Величина сопротивления изоляции электродвигателей не нормируется.
 

Величипа сопротивления изоляции электродвигателей напряжением до 500 в не нормируется. Для двигателей напряжением 3000 в и выше сопротивление изоляции статора должно быть не менее 1 мегома, а ротора – 0 2 мегома.
 

При таких условиях сопротивление изоляции электродвигателей, кабелей, нагревателей компенсаторов объема и другого электротехнического оборудования снизится ниже разрешенного по техническим условиям из-за попадания влаги, поэтому после окончания дезактивации или срабатывания спринклерной установки необходимо измерять сопротивление изоляции указанного оборудования и кабелей.
 

Систематически должно проверяться сопротивление изоляции электродвигателей. Сопротивление изоляции при температуре 60 С должно быть: для статора – не менее 1 МОм / кВ, для ротора – не менее 0 5 МОм. Объем чистого воздуха, используемого для предварительной продувки должен быть не менее пятикратного суммарного объема корпуса электродвигателя, воздуховодов и фундаментной ямы. В двигателях с разомкнутым циклом вентиляции продувка осуществляется внешним вентилятором, а в двигателях с замкнутым циклом вентиляции для продувки используется вентилятор подпитки, поэтому при эксплуатации электродвигателя необходимо следить за состоянием и работоспособностью вентиляторов.
 

Выбор сечения кабелей

Для крупных расчетов можно использовать специализированный калькулятор на справочном сайте либо соответствующее программное обеспечение. Следующий алгоритм применяют для последовательного вычисления рабочих параметров по формулам:

• при передаче в подключенную нагрузку мощности P = 1 600 Вт в линии с напряжением U = 220 V постоянный ток (I) определяют следующим образом: I = P/U ≈ 7,27А;
• сопротивление медного проводника (в обе стороны) длиной 800 м и сечением 2,5 мм кв.: R = (2*I*p)/S = (2*800*0,0175)/2,5 = 11,2 Ом;
• потери по напряжению в этой трассе: ΔU = (2*L*I)/((1/p)*S) = (2*800*7,27)/((1/0,0175)*2,5) = 11 520/ 142,86 = 80,63 V.

Удельное сопротивление

При необходимости последнее выражение несложно математически преобразовать для выбора площади поперечного сечения проводника по суммарному значению подключаемой нагрузки:

S = (2*I*L)/((1/p)*ΔU.

В рассмотренном примере потери напряжения составляют более 36%. Этот результат свидетельствует о необходимости корректировки расчета сопротивления проводника. По действующим нормативам допустимо уменьшение контрольного параметра не более, чем на 5 %. Увеличив диаметр провода, можно получить необходимый результат. При сечении 19 мм кв. напряжение уменьшится до 209,41 V (4,81%).

С учетом увеличенного сопротивления алюминиевого провода предполагаются пропорциональные изменения потерь. Выполнив аналогичный расчет, можно получить рекомендованное сечение 31 мм кв. Использование такого проводника в аналогичных условиях снизит напряжение до 209,2 V, что позволит обеспечить соответствие нормативам – 4,92%.

К сведению. Для проверки расчетных данных можно использовать мультиметр. Измерения выполняют в соответствующем диапазоне с учетом амплитуды сигнала, переменного (постоянного) тока.

Измерение сопротивления кабеля мультиметром

При подключении источника питания переменного тока алгоритм вычислений усложняется. Для таких исходных условий пользуются формулой:

ΔU = ((Pа * Rа + Pр * Rи) *L)/ U,

где:

• Pа (Pр) – активная (реактивная) мощность;
• Rа (Rи) – относительное активное (индуктивное) сопротивление линии в Ом на километр.

Для определенных материалов проводников исходные данные берут из справочника. По аналогии с упомянутыми нормативами уменьшение напряжения не должно быть в общем случае более 5%. Дополнительные ограничения применяют с учетом особенностей электрических сетей и подключаемых потребителей (от 1% до 12%). Действующие правила уточняют по тексту последней редакции ПУЭ.

Приведенные итоги расчетов убедительно подтверждают преимущества меньшего удельного сопротивления медного провода. При использовании алюминиевого аналога значительно увеличивается количество материала для передачи электроэнергии с нормативными потерями. Для комплексного анализа следует учитывать лучшие показатели меди по прочности, гибкости.

Алюминий отличается меньшей стоимостью, легкостью. Но при работе с этим материалом следует исключить вибрационные воздействия и перемещения в процессе эксплуатации. Особо тщательно проектируют изгибы, чтобы сохранить целостность проводника. Электрический контакт нарушается образованием окислов на поверхности изделий, изготовленных из этого металла.

К сведению. В определенных ситуациях многое будет значить свободное место для прокладки трассы. По экономии пространства преимущественными параметрами обладает медь.

Выбор сечения проводника по допустимому нагреву

По мере увеличения силы тока повышается температура проводящего металла. На определенном уровне повреждается слой защитной изоляции, созданный из полимеров. Это провоцирует короткие замыкания и образование пламени. Опасные ситуации предотвращают корректным расчетом площади поперечного сечения. Определенное значение имеет способ прокладки (совместный/ раздельный).

Выбор кабельных изделий с учетом нагрева

Выбор сечения по потерям напряжения

Как показано в расчетах, при большой длине трасы нужно учитывать снижение напряжения и соответствующие энергетические потери. В крупных проектах рассматривают всю цепь тока с распределительными устройствами и подключаемыми нагрузками.

Выбор по допустимым потерям

Для точного определения подходящей кабельной продукции рассматривают особенности процесса эксплуатации. Делают необходимый запас, чтобы предотвратить аварийные ситуации при подключении новых потребителей и бросках напряжения в сети питания.

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:

из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока. Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.

При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.

Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников

Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция. Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше. В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт. Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.

Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:

• удельного сопротивления материала – ρ;
• длины отрезка проводника – l;
• площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.

Все четыре параметра связывает следующее соотношение:

очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.

Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).

Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.

Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм². Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м. Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.

Что влияет на сопротивление медного провода

Электрический импеданс медного кабеля зависит от нескольких факторов:

• Удельного сопротивления;
• Площади сечения проволоки;
• Длины провода;
• Внешней температуры.

Последним пунктом можно пренебречь в условиях бытового использования кабеля. Заметное изменение импеданса происходит при температурах более 100°C.

Зависимость сопротивления

Удельное сопротивление в системе СИ обозначается буквой ρ. Оно определяется, как величина сопротивления проводника, имеющего сечение 1 м2 и длину 1 м, измеряется в Ом ∙ м2. Такая размерность неудобна в электротехнических расчетах, поэтому часто используется единица измерения Ом ∙ мм2.

Вам это будет интересно Требуемая освещенность в помещении

Важно! Данный параметр является характеристикой вещества — меди. Он не зависит от формы или площади сечения

Чистота меди, наличие примесей, метод изготовления проволоки, температура проводника — факторы, влияющие на удельное сопротивление.

Зависимость параметра от температуры описывается следующей формулой: ρt= ρ20. Здесь ρ20— удельное сопротивление меди при 20°C, α— эмпирически найденный коэффициент, от 0°Cдо 100°C для меди имеет значение, равное 0,004 °C-1, t — температура проводника.

Ниже приведена таблица значений ρ для разных металлов при температуре 20°C.

Таблица удельного сопротивления

Согласно таблице, медь имеет низкое удельное сопротивление, ниже только у серебра. Это обуславливает хорошую проводимость металла.

Чем толще провод, тем меньше его резистентность. Зависимость R проводника от сечения называется «обратно пропорциональной».

Важно! При увеличении поперечной площади кабеля, электронам легче проходить сквозь кристаллическую решетку. Поэтому, при увеличении нагрузки и возрастании плотности тока, следует увеличить площадь сечения

Увеличение длины медного кабеля влечет рост его резистентности. Импеданс прямо пропорционален протяженности провода. Чем длиннее проводник, тем больше атомов встречаются на пути свободных электронов.

Выводы

Последним элементом, влияющим на резистентность меди, является температура среды. Чем она выше, тем большую амплитуду движения имеют атомы кристаллической решетки. Тем самым, они создают дополнительное препятствие для электронов, участвующих в направленном движении.

Важно! Если понизить температуру до абсолютного нуля, имеющего значение 0° Kили -273°C, то будет наблюдаться обратный эффект — явление сверхпроводимости. В этом состоянии вещество имеет нулевое сопротивление

Температурная корреляция

Похожие записи:

Проектирование печатных плат — altium designer 20.0.14 build 345 Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт Диод д242 Расчёт величины тока по мощности и напряжению Защита от протечек воды в квартире Чем отличаются характеристики b c и d для автоматов?