Ток и сечение проводов: Как сечение кабелей и проводов влияет на выбор мощности и тока

Таблица выбора сечения кабеля в зависимости от силы тока или мощности при прокладке проводов. Выбор сечения автомобильного провода — Ізолітсервіс

Таблица выбора сечения кабеля при прокладке проводов

Выбор сечения автомобильного провода:

*Примечание: при прокладке проводов сечением 0,5 — 4,0 мм² в жгутах, в поперечном сечении которых по трассе содержится от двух до семи проводов, сила допустимого тока в проводе составляет 0,55 от силы тока в одиночном проводе согласно таблице, а при наличии 8-19 проводов — 0,38 от силы тока в одиночном проводе.

Сечение медного кабеля | Полезные статьи

Проектирование любых электрических сетей включает выбор кабеля с подходящими параметрами, ключевым из которых является сечение. От того, насколько правильно подобрано сечение медного кабеля, зависит работоспособность и надежность всей сети. Если неправильно рассчитать этот параметр, то можно столкнуться с проблемой, когда сеть будет работать с существенным перегрузом. Использование кабеля на переделе возможностей обычно приводит к его значительному нагреву и рано или поздно он выйдет из строя.

По определению, сечение медного кабеля — это площадь среза токоведущей жилы. Если кабель состоит из одной жилы круглого сечения, то его площадь вычисляется по формуле площади круга, а если из множества проводников — то суммой сечения всех жил. Этот параметр является стандартизированной величиной. Главным документом, регламентирующим этот вопрос, является ПУЭ («Правила устройства электроустановок»). Кроме того, зная марку кабеля, количество и сечение жил, можно также определить, сколько весит медный кабель.

Как рассчитать сечение медного кабеля

Для того чтобы правильно рассчитать сечение кабеля, необходимо знать следующие параметры медных кабелей: напряжение сети, сила тока и мощность потребителей. Основным же параметром, влияющим на подбор кабеля, является предельно допустимая токовая нагрузка. Выбор сечения по токовой нагрузке производится по следующему алгоритму:

1)    определение суммарной мощности нагрузки;
2)    расчет силы тока;
3)    выбор сечения кабеля по таблице.

Допустим, вам необходимо выбрать кабель для бытовой сети. Для начала необходимо определить суммарную мощность всех электрических приборов и оборудования, которые планируется использовать. Делается это простым арифметическим сложением всей нагрузки. Значение мощности у каждого прибора указывается в его паспортных данных и на табличке. Расчет силы тока для однофазной сети 220 В рассчитывается по формуле:

I = P / 220, где

Р — суммарная мощность, кВт;
220 — напряжение сети, В.

Формула расчета для 3-фазной сети 380В:

I = P / √3 х 380

Используя полученную величину, остается выбрать соответствующее значение сечения из таблицы в ПУЭ.

Кабель медный: технические характеристики

Описанная методика помогает выбрать для квартиры или дома силовой кабель для различных групп электропотребителей. Следует понимать, что токовая нагрузка для осветительной группы значительно ниже, чем у розеточной, следовательно, нет необходимости закладывать везде одинаковое сечение. Вес медного кабеля и его стоимость для освещения будут существенно ниже.

Дополнительные факторы, влияющие на выбор сечения

Дополнительным фактором, который может внести свои коррективы при выборе, является длина кабеля. Его следует учитывать при прокладке длинных трасс. Дело в том, что при увеличении длины увеличивается вес медного кабеля, а с ним — сопротивление и потери. Проектная величина потерь не должна превышать 5 %.

Потери можно рассчитать вручную, но проще всего воспользоваться готовыми данными зависимости потерь от момента нагрузки из ПУЭ и приведенными в таблицах ниже. Момент нагрузки — величина, получаемая произведением длины кабеля в метрах на мощность в кВт. Например, момент нагрузки для медного кабеля длиной 40 м и мощности нагрузки 3 кВт составляет: 40 х 3 = 120 кВт*м.

Зависимость потерь напряжения от момента нагрузки для кабельной линии 220В при заданном сечении токопроводящей жилы

Зависимость потерь напряжения от момента нагрузки для кабельной линии 380 В при заданном сечении токопроводящей жилы

Приведенные данные не учитывают увеличение сопротивления от нагрева кабеля при токах эксплуатации, составляющих от 0,5 и выше от предельно допустимых значений для данного сечения. В этом случае необходимо применить поправочный коэффициент, который также приводится в ПУЭ.

При более точных расчетах длинных кабельных сетей учитывают также потери в контактных соединениях. Это обычно делается при наличии большого количества потребителей (например, при проектировании линии городского освещения). Существуют и другие, менее значительные факторы, влияющие на величину потерь, но ими, как правило, пренебрегают, если общая величина падения напряжения не превышает нормативные 5 %.

Компания «Кабель.РФ^®» является одним из лидеров по продаже кабельной продукции и располагает складами, расположенными практически во всех регионах Российской Федерации. Проконсультировавшись со специалистами компании, вы можете приобрести нужную вам марку медного кабеля по выгодным ценам.

Площадь сечения проводов и кабелей в зависимости от силы тока, расчет необходимого сечения кабеля

Если старая проводка вышла из строя нужно её заменить, но прежде чем менять на аналогичную, узнайте, почему произошла проблема со старой. Возможно, что было просто механическое повреждение, или изоляция пришла в негодность, а еще более весомой проблемой является – выход из строя проводки из-за превышения допустимой нагрузки.

Чем отличается кабельная продукция, какие основные характеристики?

Начнем с того, что определяется, какое напряжение в сети, в которой будут работать кабеля. Для бытовых сетей часто применяются кабеля и провода типа ВВГ, ПУГНП (только он запрещен современными требованиями ПУЭ из-за больших допусков по сечению при производстве, до 30%, и допустимой толщине изолирующего слоя 0.3мм, против 0.4 в ПУЭ), ШВВП и другие.

Если отойти от определений провод от кабеля отличается минимально, в основном по определению в ГОСТе или ТУ по которому он производится. Ведь на рынке есть большое количество проводов с 2-3 жилами и двумя слоями изоляции, например тот же ПУГНП или ПУНП.

Допустимое напряжение определяется изоляцией кабеля

Для выбора кабеля кроме напряжения принимают во внимание и условия, в которых он будет работать, для подключения движущегося инструмента и оборудования он должен быть гибким, для подключения неподвижных элементов, в принципе, все равно, но лучше предпочесть кабель с монолитной жилой.

Решающим фактором при покупке является площадь поперечного сечения жилы, она измеряется в мм2, от неё и зависит способность проводника выдерживать длительную нагрузку.

Что влияет на допустимый ток через кабель?

Для начала обратимся к основам физики. Есть такой закон Джоуля-Ленца, он был открыт независимо друг от друга двумя ученными Джеймсом Джоулем (в 1841) и Эмилием Ленцом (в 1842), поэтому и получил двойное название. Так вот этот закон количественно описывает тепловое действие электрического тока протекающего через проводник.

Если выразить его через плотность тока получится такая формула:

Расшифровка: w – мощность выделения тепла в единице объема, вектор j – плотность тока через проводник измеряется в Амперах на мм2. Для медного провода принимают от 6 до 10 А на миллиметр площади, где 6 – рабочая плотность, а 10 кратковременная. вектор E – напряженность электрического поля. σ – проводимость среды.

Так как проводимость обратно пропорциональна сопротивлению: σ=1/R

Если выразить закон Джоуля-Ленца через количество теплоты в интегральной форме, то:

Таким образом, dQ – количество теплоты, которое выделится за промежуток времени dt в цепи, где протекает ток I, через проводник сопротивлением R.

То есть количество тепла прямо пропорционально току и сопротивлению. Чем больше ток и сопротивление – тем больше выделяется тепла. Это опасно тем, что в определенный момент количество тепла достигнет такого значения, что у проводов плавится изоляция. Вы могли замечать, что провода дешевых кипятильников ощутимо теплеют во время работы, это оно и есть.

Если выделяется мощность на кабеле, значит, падает и напряжение на его концах, подключенных к нагрузке.

В калькуляторах для расчета сечений кабеля, обычно задаются такие параметры:

Чем больше сопротивление – тем больше упадет напряжение и нагреется кабель, поскольку на нем выделится мощность (P=UI, где U падение напряжения на кабеле, I – ток, протекающий через него).

Все расчеты свелись к току и сопротивлению. Сопротивление проводника вычисляется по формуле:

Здесь: ρ (ро) – удельное сопротивление, l – длина кабеля, S – площадь поперечного сечения.

Удельное сопротивление зависит от структуры металла, величины удельных сопротивлений можно определить из таблицы.

В проводке в основном используются алюминий и медь. У меди сопротивление 1.68*10-8 Ом*мм2/м., а у аллюминия в 1.8 раза больше чем у меди, равняется 2.82*10-8 Ом*мм2/м. Это значит, что алюминиевый провод нагреется почти в 2 раза сильнее, чем медный при одинаковом сечении и токе. Отсюда следует, что для прокладки проводки придется покупать более толстый алюминиевый провод, к тому же жилы легко повредить.

Поэтому медные провода вытеснили с домашней проводки медные, а применение аллюминия в проводке запрещено, разрешается только применение алюминиевых кабелей для монтажа очень мощных электроустановок, потребляющих большой ток, тогда используют провод из аллюминия сечением больше 16 мм2 (смотрите — Почему алюминиевый кабль нельзя использовать в электропроводке)

Как определить сопротивление провода по диаметру жилы?

Бывают случаи, когда площадь поперечного сечения жилы не известна, поэтому можно посчитать по диаметру. Для определения диаметра монолитной жилы можно использовать штангенциркуль, если его нет, то возьмите стержень, например шариковую ручку или гвоздь, намотайте плотно 10 витков провода на него, и измерьте линейкой длину получившейся спирали, разделив эту длину на 10 – вы получите диаметр жилы.

Для определения общего диаметра многопроволочной жилы, измерьте диаметр каждой жилы и умножьте на их количество.

Дальше считают поперечное сечение по этой формуле:

И вновь возвращаются к этой формуле для расчета сопротивления провода:

Как определить необходимую площадь сечения провода?

Самый простой вариант – определить площадь сечения жил по таблице. Он подходит для расчета не слишком длинных линий проложенных в нормальных условиях (с нормальной температурой окружающей среды). Также так можно подобрать провод для удлинителя. Обратите внимание, что в таблице указаны сечения при определенном токе и мощности в однофазной и трёхфазной сети для аллюминия и меди.

При расчете длинных линий (больше 10 метров) такой таблицей лучше не пользоваться. Нужно провести расчеты. Быстрее всего воспользоваться калькулятором. Алгоритм расчета такой:

Берут допустимые потери по напряжению (не более 5%), это значит что при напряжении в сети 220В и допустимым потерям напряжения в 5% на кабеле падение напряжения (от конца до конца) не должно превышать:

5%*220=11В.

Теперь, зная ток, который будет протекать, мы может вычислить сопротивление кабеля. В двух проводной линии сопротивление умножают на 2, так как ток течет по двум проводам, при линии длиной в 10м, общая длина проводников – 20м.

Отсюда по вышеприведенным формулам вычисляют необходимое поперечное сечение кабеля.

Вы можете сделать это автоматически со своего смартфона, с помощью приложений «Мобильный электрик» и electroDroid. Только в калькуляторе задается не общая длина проводов, а именно длина линии от источника питания к приемнику электричества.

Заключение

Правильно рассчитанная проводка это уже 50% залог её успешного функционирования, вторая половина зависит от правильности монтажа. Следует учитывать все особенности проводки, максимальную потребляемую мощность всеми потребителями. При этом введите запас по допустимому току на 20-40% «на всякий случай».

Допустимый ток

Максимально допустимый ток медных монтажных проводов.

Питающие сети с переменным напряжением.(медь)

Для кабеля с алюминиевыми жилами.

Расчет сечения провода по току

Очень часто во время капитального ремонта квартиры своими руками присутствует необходимость в замене старой электропроводки, а возможно и проведении электричества в квартиру с нуля. Здесь и возникает множество вопросов, которые волнуют всех домашних умельцев, в частности — провод какого сечения будет самым оптимальным для проведения электричества в квартире. Для расчета сечения провода используют разные способы. В ход идут и таблицы, и формулы, и дедовские рецепты бывалых электриков. Как найти простой, быстрый но эффективный метод расчета сечения провода, который легко запомнить, всегда можно воспроизвести и смоделировать любую ситуацию? Предлагаем для расчета самый, на наш взгляд, научный метод — расчет сечения провода по току, а именно, через плотность тока. Суть метода в том, что мы рассчитываем диаметр нашего кабеля так, чтобы электронам не было тесно в проводнике, от толкучки они не разогревали провод, так как слишком горячий он расплавит изоляцию и появится опасность возникновения пожара. Вот и будем учитывать при проектировании эту самую тесноту или по научному — плотность тока.

Почему не всегда таблицы предлагаемые разными изданиями и производителями верны?

Как правило данные таблицы предусматривают разные условия эксплуатации. То есть разный способ прокладки проводов, скрытый или наружный, и самое главное, разные эксплуатационные токи, которые производитель принимает за норму. Например, один производитель указывает максимально допустимые токи с перегрузкой в 140-200%, а другой не более 120%. А точно величину, о которой думал производитель мы никогда и не узнаем.

Итак, в нашем методе расчета сечения провода надо знать плотность тока в проводнике. Чтобы не запутаться, мы должны запомнить только одну цифру: плотность тока в медном проводнике — 6-10 ампер на квадратный миллиметр. Специально не использую сокращения, чтобы не было языкового барьера. Сегодня приходит эра медных проводов и поэтому запомнить нужно только информацию о медных проводниках электрического тока. Кстати сказать, для алюминия плотность тока составляет 4-6 ампер на квадратный миллиметр.

От 6 до 10 А на квадратный миллиметр. Откуда это взялось? В основном из практики. Также мы знаем из курса физики: каждый проводник имеет свои величины сопротивлений электрическому току и прочие свойства. Кроме того, существуют знаменитые правила устройства электроустановок — ПУЭ, где также используется методика расчета сечения проводов с учетом плотности тока, времени и температуры эксплуатации. ПУЭ предусматривают поправочные коэффициенты, при изменении температуры, которые как раз колеблятся до 40%. Имеющуюся «вилку» от 6 до 10А стоит понимать следующим образом. Длительная эксплуатация при токе 6А на квадратный миллиметр — это нормально и с значительным запасом, а 10А — максимально допустимый ток, или годится только для кратковременной эксплуатации.

Расчет сечения провода по току на конкретном примере

Зная заветную плотность тока мы легко сможем вычислить выдержит наш провод ту или иную нагрузку. Провод сечением 1 кв.мм выдержит ток в 10А, значит провод толщиной в 2 мм — уже 20А. Для ориентировочного расчета можно воспользоваться всем известным законом Ома для участка электрической цепи, где мощность равна произведению тока и напряжения. Если наша сеть работает под напряжением 220 В, то ток в 20А обеспечит нормальное электроснабжение для потребителя в 4,5 кВт.

Причем при такой нагрузке провод вообще не делжен нагреваться. Это его нормальный режим с запасом безаварийной работы равной скорости старения диэлектрика, что как говорится, на наш век хватит.

В эту нехитрую математику начинает вписываться дедовский способ определения сечения проводов: использовать медный кабель сечением 1-1,5 кв. мм на освещение и 1,5-2,5 кв. мм — для разводки розеток. В комнате не бывает люстр потребляющих более 3,3 кВт, что соответствует току 15А. А основные потребители в обычной квартире не потребляют более 5,5 кВт, что также находится в разумных пределах, даже с двойным запасом на увеличение потребления в будущем.

Попробуем зайти с другой стороны: начнем плясать от печки, то есть от нагрузки. Самый среднестатистический компьютер потребляет около 600 Вт, есть тенденция к уменьшению энергопотребления, но мы рассмотрим задачу с запасом. Значит ток составит 600Вт/220В = 2,7А Получается что компьютер можно питать даже от китайского (в самом плохом смысле) удлинителя с сечением провода в треть или четверть квадратного миллиметра, что чаще всего и происходит.

Также для примера произведем расчет сечения провода по току для электрического чайника. В среднем такой прибор встречается мощностью около 2 кВт и съедает соответственно около 10А! Радует только то, что такой аппетит кратковременный, иначе можно разориться на оплате за электричество. Значит провод для чайника должен быть сечением около одного квадратного миллиметра.

Еще один подход — согласование сечения провода под розетку. Если на ней написано — 6А, значит, используя расчет сечения провода по току, провод более 1 кв.мм для нее уже роскошь. Если гордо красуется надпись 16А, то извольте позаботиться о медном кабеле, сечением минимум в 1,5 кв. мм. Не забудьте также и о том какие вилки и с какими нагрузками совать в такие розетки.

Метод расчета сечения провода по плотности тока дает осечку только в том случае, если материал, из которого изготовлен провод, как бы по мягче сказать,.. не совсем медный. Но тут напрашивается только один выход — покупать провод только там, где есть хоть какие-то атрибуты приличного торгового заведения. В нашей стране, как ни странно, с подделками кабельной продукции практически не зафиксировано прецедентов. Хоть где-то у нас все на высшем уровне. Большинство практикующих электриков не советуют засматриваться на импортный провод, так как китайцы чаще всего подделывают именно европейские бренды. Поскольку кабельная продукция стоит далеко не дешево, то нужно держать ухо востро.

Как рассчитать сечение кабеля | МолотТок

—-> Выдержка из ПУЭ

—-> Внешний диаметр и вес кабелей

При проектировании схемы любой электрической установки и монтаже, выбор сечения проводов и кабелей является обязательным этапом. Чтобы правильно подобрать силовой провод нужного сечения, необходимо учитывать величину максимального потребления.

Сечения проводов измеряется в квадратных милиметрах или «квадратах». Каждый «квадрат» алюминиевого провода способен пропустить через себя в течение длительного времени нагреваясь до допустимых пределов максимум  — только 4 ампера, а медный провода  10 ампер тока. Соответственно, если какой-то электропотребитель потребляет мощность равную 4 киловаттам (4000 Ватт), то при напряжении 220 вольт сила тока будет равна 4000/220=18,18 ампер и для его питания достаточно подвести к нему электричество медным проводом сечением 18,18/10=1,818 квадрата. Правда в этом случае провод будет работать на пределе своих возможностей, поэтому следует взять запас по сечению в размере не менее 15%. Получим 2,091 квадрата. И теперь подберем ближайший провод стандартного сечения. Т.е. к этому потребителю мы должны вести проводку медным проводом сечением 2 квадратных миллиметра именуемого нагрузкой тока. Значения токов легко определить, зная паспортную мощность потребителей по формуле: I = Р/220. Алюминиевый провод будет соответственно в 2,5 раза толще.

Из расчета достаточной механической прочности открытая силовая проводка обычно выполняется проводом с сечением не менее 4 кв. мм. Если требуется с большей точностью знать длительно допустимую токовую нагрузку для медных проводов и кабелей, то можно воспользоваться таблицами.

Выбор сечения провода по току и по его диаметру

Правильный выбор сечения провода по току позволит защитит от перегрузки электрооборудование. Есть несколько способов расчета, важно учитывать дополнительные факторы.

Какой максимальный ток

Максимальная токопроводимость зависит от сечения провода. Показатель изменяется в квадратных миллиметрах. Второй фактор — это диаметр проводника, он измеряется в миллиметрах.

Сечение провода по току

Справочник по проводникам

Важно! Придерживаясь данных по максимальному току, можно гарантировать безопасную работу электропроводки.

Безопасная работа электропроводки

От чего зависит сечение провода

Сечение провода зависит от следующих факторов:

• тип сети;
• мощность;
• электрооборудование;
• напряжение сети.

Зачем нужен расчет сечения кабеля

Расчет сечения провода по току позволяет правильно рассчитать нагрузку. В противном случае электрооборудование выходит из строя. При подключении к сети надо правильно подбирать материал провода:

• медь;
• алюминий.

Важно! Медь считается отменным проводником, а алюминий демонстрирует гибкость.

Алюминиевая электропроводка

Как правильно подобрать

Подобрать сечение провода можно по нескольким показателям:

• по току;
• по диаметру.

При подсчете учитывается тип проводника, предельное напряжение.

По току

Чтобы рассчитать сечение по силе тока, необходимо отдельно рассмотреть медные и алюминиевые контакты. На примере медных проводников важно руководствоваться справочными данными.

Отклонение по сечению допустимо лишь в большую сторону. Если максимальный ток не превышает нормы, можно гарантировать исправную работу оборудования, электропроводки. Специалисты должны обратить внимание на условия прокладки, эксплуатации сети. Вышеуказанные данные распространяются на цепь с разным типом тока:

• переменный;
• постоянный.

Постоянный и переменный ток

В случае с медными проводниками можно не обращать внимание на дополнительные факторы:

• частота;
• напряжение.

Используя справочную информацию о максимальном токе, стандартном сечении, диаметре, легко подобрать контакты для установки оборудования в автомобиль. Напряжение может составлять 12 или 24 вольт. Показатель частоты допустим от 10 до 400 Гц.

Медный проводник

Благодаря онлайн-калькулятору расчёт сечения провода по силе тока не отнимет много времени. Сервис доступен после ввода информации:

• потребляемая мощность;
• уровень напряжения.

При просчете в онлайн-калькуляторе имеет значение частота. Если параметр превышает 100 герц, допустима небольшая перезагрузка. В сети наблюдаются помехи. Скин-эффект встречается в высокочастотных цепях.

Важно! В жилых домах электропроводка изготавливается из алюминия.

Основные преимущества:

• долговечность;
• высокая проводимость;
• доступность;
• простота монтажа.

Алюминий не вступает в реакцию с химическими веществами, срок годности более 100 лет. Материал не окисляется, для него подходит обычная изоляция. Чаще всего применяется пластик, поэтому такой провод считается экономичным. Чтобы подвести проводку в жилом доме к электрооборудованию, необходимо учитывать данные справочника.

По толщине

Чтобы подобрать проводку по диаметру, необходимо ознакомиться с классификацией изделий. В магазине проводка продаётся с маркировкой и по названию можно узнать информацию о материале, проводимости, допустимой температуре. Как в случае с максимальным током, есть различия по материалу. Медь и алюминий обладают разными свойствами, у каждого есть достоинства.

Толщина кабеля

У кабелей ВВГ и ВВГнг минимальный диаметр составляет 1.5 мм. Выпускаются медные провода, по форме они плоские. Максимальный диаметр — 35 мм. Поскольку используется поливинилхлоридная изоляция, их можно применять при температуре −50 градусов. Предельная максимальная температура — + 50 градусов. Кабель серии ВВГ и ВВГнг подходит для прокладки проводки внутри жилых зданий.

Серия ВВГ и ВВГнг

Важно! Кабеля серии АВВГ делается из меди.

• Минимальное сечение — 1.5 мм2.
• Допустимая температура — + 50градусов.
• Средний срок службы — 30 лет.

Товар изготавливается с поливинилхлоридной изоляцией. По форме выпускается несколько вариантов:

• плоские;
• овальные;
• круглые.

Электрик может выбрать варианты с одной, двумя жилами.

Токовый кабель серии NYM сделан из меди, имеет негорючую изоляцию. Согласно стандарту VDE, минимальное сечение — 1.5 мм. Если выбирать провод NYM, предложено несколько вариантов:

• 2 жилы;
• 3 жилы;
• 4 жилы.

Кабель серии NYM

Максимальное сечение кабеля — 4 мм. Изделие подходит в качестве скрытой проводки рядом со зданием. За счет изоляции обеспечивается повышенная защита от влажности. Гибкость материала позволяет обеспечить надежное подключение к автоматическому выключателю, дифференциальному автомату, счётчику.

Таблица расчета сечения провода

Информация о расчёте сечение провода даёт общие данные. Справка представлена отдельно по сечению проводки. Показатель в воздухе и на земле отличается.

Таблица расчета кабеля

Теперь понятно, как сделать выбор сечения провода по току. Учитываются разные показатели, необходимо оценивать диаметр. В справочниках обозначена допустимая нагрузка, тип кабеля.

электромагнетизм — течет ли электричество по поверхности провода или внутри?

В случае переменного тока плотность тока экспоненциально падает с расстоянием от внешней поверхности провода («скин-эффект»), как объяснил Мартин Беккет. Это можно показать аналитически из квазистатического приближения к уравнениям Максвелла, как это сделано в главе 5 Джексона.

Более интересен случай постоянного тока. Во-первых, вам нужно указать внешнее электрическое поле $ {\ bf E} _0 $, которое «проталкивает» ток.Обычно это считается однородным и параллельным проводу. Токи, протекающие через провод, имеют тенденцию притягиваться друг к другу и, следовательно, группироваться вместе (это называется «эффектом сжатия»). Пинч-эффект постоянного тока обсуждается в http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1974305, http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.14075 и http: // aapt. scitation.org/doi/abs/10.1119/1.17271. Оказывается, что уравнений Максвелла недостаточно для однозначного определения распределения плотности тока через поперечное сечение провода; вам также необходимо указать микроскопическую модель носителей заряда.

С одной стороны, вы можете рассматривать как положительные, так и отрицательные носители заряда как полностью подвижные и с одинаковыми отношениями заряда к массе. Это хорошее описание прохождения тока через плазму, и плазменные шнуры могут быть достаточно сильными, чтобы раздавить металл.

С другой стороны, вы можете рассматривать положительные заряды как полностью стационарные в лабораторном корпусе, с фиксированной плотностью и «невосприимчивые» к электромагнитным полям, с током, полностью обусловленным движением мобильных отрицательных носителей заряда.Это более реалистичная модель для металлической проволоки, поскольку силы межатомного обмена и обмена Ферми между атомами меди намного сильнее, чем те, которые индуцируются типичными приложенными полями и электронными токами. Оказывается, что в лабораторном корпусе общая линейная плотность заряда провода должна быть равна нулю в состоянии равновесия (в противном случае он будет обмениваться электронами с фиксированными источниками и опускаться в батарею до тех пор, пока не нейтрализуется), но в остальной части движущейся Для электронов плотность заряда объемного объема должна быть равна нулю (в противном случае электроны будут испытывать радиальную электрическую силу, тянущую их к оси провода или от нее).2 \ rho_0 $ вокруг поверхности провода, что уравновешивает отрицательный объемный заряд, поэтому радиальное электрическое поле вне провода исчезает. Этот поверхностный заряд покоится в лабораторной раме, поэтому , а не вносит вклад в ток.

В системе координат электронов нет объемной объемной плотности заряда или радиального электрического поля внутри провода. (Есть магнитное поле от движения положительных ионов, но электроны не чувствуют его, так как они находятся в состоянии покоя в этой системе отсчета.3 \ rho_0 $. В этом кадре существует радиальное электрическое поле за пределами провода, которое не влияет на электроны, но притягивает или отталкивает заряженные частицы вне провода.

Но в медном проводе с типичными токами электроны крайне нерелятивистские ($ \ beta \ ll 1 $), поэтому общий отрицательный объемный заряд и положительный поверхностный заряд чрезвычайно малы.

Провода

A обеспечивает электрическое соединение между контактами.Обычно это
стержень из тянутого или катаного металла, длина которого превышает его диаметр.

В свойствах провода можно определить характеристики провода. Доступны следующие объекты недвижимости:

Удельное электрическое сопротивление и площадь поперечного сечения токопроводящих кабелей: медь vs.алюминий — Леонардо Энергия

Одно из основных различий между медью и алюминием состоит в том, что медь имеет значительно более низкое удельное электрическое сопротивление, чем алюминий. Это свойство определяет, насколько сильно данный материал противодействует прохождению электрического тока. Низкое значение указывает на материал, который легко допускает движение электрического заряда. В относительном масштабе различия значительны: медь имеет удельное электрическое сопротивление 100 по сравнению с 160 для алюминия.

Это различие особенно актуально при проектировании и установке электрических сетей и связанных с ними компонентов. Чтобы придать алюминиевому проводнику такое же сопротивление, как и медному проводнику, площадь поперечного сечения алюминиевого проводника должна стать больше, чтобы компенсировать более высокое электрическое сопротивление алюминия. Фактически, алюминиевый проводник будет иметь площадь поперечного сечения на 56% больше, чем медный, при той же токонесущей способности. Это приводит к ряду серьезных недостатков.

Больше стыков — больше отказов

Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем меньше кабеля можно хранить на барабане. Это приводит к более короткой длине кабеля и, следовательно, большему количеству соединений на единицу длины цепи. К сожалению, чем больше стыков, тем больше вероятность отказа по следующим причинам:

• Соединения созданы человеком и поэтому чувствительны к ошибкам соединения.

Соединения

• не всегда проходят эффективную проверку после установки, поэтому ошибки соединения и другие дефекты не всегда выявляются во время тестирования после установки.
• Соединения представляют собой разрывы в кабельной системе, поэтому они подвержены воздействию термомеханических сил из-за циклического изменения температуры.

Пониженная гибкость

Сила изгиба пропорциональна квадрату площади поперечного сечения проводника и, следовательно, четвертой степени диаметра! Таким образом, чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем менее гибкий кабель.

Сложный монтаж в воздуховоде

Для прокладки в воздуховодах кабель с большей площадью поперечного сечения и меньшей гибкостью усложнит процесс установки.

Медь или алюминий?

Замена алюминиевых проводов на медные уменьшает количество необходимых соединений и, таким образом, снижает количество отказов системы. Это дает преимущества как в капитальных затратах (стоимость установки), так и в эксплуатационных расходах (стоимость отказа). Из-за меньшей площади поперечного сечения медный кабель будет более гибким и легким в установке, что является особым преимуществом при прокладке кабелей в каналах.

Список литературы

Справочник BICC по электрическим кабелям, третье издание

Сравнение алюминия иМедь, используемая в электрическом оборудовании — Ларри Прайор и др., GE Consumer & Industrial.

Сопротивление и удельное сопротивление

Сопротивление и удельное сопротивление

Авторские права © Майкл Ричмонд.
Эта работа находится под лицензией Creative Commons License.

• Электрическое сопротивление измеряется в Ом :

                        1 вольт
              1 Ом = ---------
                        1 ампер
   

• Сопротивление проволоки или прутка протеканию электрического тока
  зависит как от его геометрии, так и от состава.
• Провода большого сечения (тонкие) имеют малое сопротивление;
  толстые обладают большим сопротивлением.
• Короткие провода имеют малое сопротивление; длинные имеют большое сопротивление.
• Различные материалы имеют разное сопротивление .
  Единицы измерения удельного сопротивления — ом-метры.
• Сопротивление проволоки или прутка равномерного поперечного сечения может быть
  рассчитывается как

                              (удельное сопротивление) * (длина)
                Сопротивление = ------------------------
                               (площадь поперечного сечения)
   

• Удельное сопротивление материала зависит от его температуры.Большинство металлов имеют более низкое сопротивление при понижении температуры.
• Температурный коэффициент удельного сопротивления описывает
  изменение удельного сопротивления как функция температуры:

  
              удельное сопротивление (T) = удельное сопротивление (T0) * [1 - a * (T - T0)]
  
        где
                  a = температурный коэффициент удельного сопротивления
                  T0 = ​​эталонная температура
   

• Некоторые материалы становятся сверхпроводниками , когда они падают ниже
  критическая температура.Они предлагают нулевое сопротивление потоку
  тока.

График 1

Viewgraph 2

Viewgraph 3

Viewgraph 4

Viewgraph 5

Viewgraph 6

Обзор 7

Viewgraph 8

Viewgraph 9

Viewgraph 10

Просмотр графа 11

Авторские права © Майкл Ричмонд.
Эта работа находится под лицензией Creative Commons License.{-1})

{/ eq}

Плотность тока и электрическое поле в проводнике:

Плотность тока в проводнике определяется током, проходящим через единицу площади поперечного сечения проводника, т. Е.

{eq} \ boxed {J = \ dfrac {I} {A}}

{/ eq}

где:

• I — ток через проводник
• А — площадь поперечного сечения проводника.

Для многих проводников отношение плотности тока к электрическому полю является постоянным {eq} (\ sigma)

{/ eq} называется проводимостью материала проводника.Это величина, обратная удельному сопротивлению {eq} (\ rho)

{/ экв}.

{eq} \ displaystyle {

\ frac {J} {E} = \ sigma \\

или же\\

J = \ sigma E \\

или же\\

\ boxed {J = \ frac {E} {\ rho}} \ \ \ (\ потому что \ sigma = \ frac {1} {\ rho})

}

{/ eq}

Удельное сопротивление — это сопротивление проводника единичной длины и единичной площади поперечного сечения. Это связано с сопротивлением проводника соотношением:

{eq} \ boxed {R = \ rho \ Big (\ dfrac {l} {A} \ Big)}

{/ eq}

где:

• {eq} \ rho

  {/ eq} — удельное сопротивление

• l длина жилы
• А — площадь поперечного сечения
• R — сопротивление

Электрическое поле связано с разностью потенциалов соотношением:

{eq} \ boxed {E = \ dfrac {\ Delta V} {d}}

{/ eq}

где:

• {экв} \ Delta V

  {/ eq} — разность потенциалов

• d — расстояние между двумя концами проводника

Ответ и пояснение:

Приведены данные:

• {eq} E = 0.2

  {/ eq} — это площадь …

См. полный ответ ниже.

Вихревые токи — кожа и эффекты близости

История

Франсуа Араго (1786-1853) наблюдал намагничивание вращающихся проводников.

Майкл Фарадей (1791-1867) объяснил это своим знаменитым законом магнитной индукции, создающим циркулирующий электрический ток во вращающемся теле. [2]

Генрих Ленц (1804-1865) сформулировал свой закон, согласно которому индуцированный переменный ток будет течь в направлении, создающем магнитное поле, противоположное полю источника, что является требованием сохранения энергии.

Леон Фуко (1819-1868) обнаружил, что вихревые токи выделяют тепло, когда постоянный магнит помещается на край вращающегося металлического диска.

Считается, что Дэвид Э. Хьюз (1831-1900) впервые применил принцип вихревых токов для сортировки металлов в 1879 году.

Закон Фарадея

Закон Фарадея и закон Ленца имеют фундаментальное значение для понимания магнитных явлений.Знак минус установлен законом Фарадея, чтобы показать закон Ленца.

где Ø — магнитный поток по Веберсу. Единица плотности потока — Теслас = Веберы на квадратный метр. В этой статье B представляет собой плотность потока.

Вихревой ток и скин-эффект

Вихревой ток возникает в результате изменения магнитных полей внутри проводника. Скин-эффект возникает из-за циркулирующих вихревых токов, возникающих из-за изменяющегося поля B,
прекращение прохождения тока в центре проводника и усиление его в коже.

Это уменьшает эффективную площадь поперечного сечения, увеличивая сопротивление провода и потери. Используя правило правой руки (большой палец в направлении тока и
пальцы будут следовать за магнитным полем) упрощенные рисунки 1A и 1B иллюстрируют направления поля и тока. По сути, металл проводника
работает как закороченный вторичный трансформатор внутри себя.

Рисунок 1A

Рисунок 1B

На рисунке 1A скин-эффекта показан ток i, исходящий из страницы.По правилу правой руки он индуцирует магнитное
поле B. Четыре маленьких кружка обозначают вихревые токи, циркулирующие в проводнике. По закону Ленца они вызывают
противоположные поля обозначены маленькими изогнутыми стрелками. На внешнем крае проводника вихревые токи стремятся к
усилить основное течение. Вихревые токи, протекающие по странице, противостоят току. Таким образом, ток в проводнике
имеет тенденцию концентрироваться к внешнему краю поперечного сечения проводника.Строгий анализ показывает, что текущие
плотность уменьшается экспоненциально по мере приближения к внешнему краю. Глубина скин-слоя определяется как точка 1 / e вдоль
радиус поперечного сечения проводника. Для расчета сопротивления переменному току этот выбор для кожи
глубина также означает, что площадь поперечного сечения кольцевого кольца, имеющая толщину скин-слоя, может рассматриваться как пропускающая весь ток
равномерно распределены.Эффективное поперечное сечение становится кольцевым кольцом, образованным r и (r — S _d ) для S _d d.

Для меди,

Таким образом,

Когда частота приближается к нулю, глубина скин-слоя приближается к бесконечности, так как это необходимо для того, чтобы постоянный ток равномерно распределялся в однородном проводнике.

Отношение сопротивления переменного тока к постоянному току — полезное понятие.

Рассмотрение и анализ приложений с этим соотношением показывают, что большие провода для высоких частот бесполезны. Возможно, будет лучше параллелить провода меньшего размера.
Литц-проволока может использоваться для минимизации эффекта кожи и близости; однако этот провод трудно использовать и заканчивать.

Следует также отметить, что привод прямоугольной формы имеет более высокие гармоники, что приводит к еще большим потерям.В таблице 7.7 из [1] приведены оценки R _ac / R _dc для 25, 50, 100 и 200 кГц для прямоугольных форм волны с одинаковыми сечениями проводов от № 12 до № 34.
Эта таблица воспроизводится в таблице 1 ниже.

Таблица 1

Эффект близости

Для трансформаторов эффект близости может быть более вредным, чем скин-эффект.Следующий рисунок представляет
накладные обмотки трансформатора.

На рисунке 2 изогнутая стрелка B ₁ представляет магнитный поток, вызванный i ₁ . Верхняя пара коротких стрелок, используя правую
Правило руки, представляет вихревые токи, противоположные B ₁ . Плоскости изогнутых стрелок перпендикулярны плоскости
страница. Закон Ленца требует, чтобы вторичный ток i ₂ протекал в направлении, заставляющем поток B ₂ противодействовать B ₁ .В
нижние короткие стрелки представляют циркулирующие вихревые токи, поток которых направлен против B ₂ . Вихревые токи увеличивают i ₁ и i ₂ на
торцевать кромки накладываемых проводников и противопоставлять на внешних кромках. Таким образом, эффективное сечение проводов
уменьшаются, потому что ток концентрируется на соседних краях. Уменьшение эффективного поперечного сечения вызывает дополнительные
потери для данной передачи мощности.

Рисунок 2

Кривые Доуэлла [3] объединяют эффекты скин-эффекта и эффекта близости, что дает приближение к R _ac / R _dc
соотношение. Глубину скин-слоя можно найти с помощью формулы S _d или таблицы 1. Это в сочетании с кривыми Доуэлла, воспроизведенными на
Прессман [1] Таблица 7.9 или на рисунке 3, обеспечьте желаемое сопротивление переменного и постоянного тока в обмотках трансформатора.

Рисунок 3

На рисунке 3 показано соотношение FR = R _ac / R _dc к следующему количеству. Эта цифра взята из Texas Instruments.
slup125 [6], Magnetics Design 3. Следующее выражение вычисляет вход для горизонтальной оси.

Где числитель — эффективная толщина слоя, 0.886 — эффективная высота круглой проволоки для диаметра d, а S _d —
глубина кожи.

Вышеупомянутый материал, взятый из Pressman [1] [4], достаточно прост для однослойных обмоток. Для большего
слоями сюжет утолщается. Цифры на кривых представляют количество слоев на «порцию». Умные способы чередования
первичная и вторичная обмотки могут снизить сопротивление переменного тока более чем наполовину по сравнению с полной первичной и
полная вторичная намотка друг на друга. Комбинация эффектов кожи и близости может увеличить переменный ток.
сопротивление от более чем 10 раз до 100 раз превышает сопротивление постоянному току. сопротивление переменному току увеличивается
экспоненциально по мере увеличения количества слоев. Кривые дюбелей используют параметр p (номера кривых) для
«часть.» Это проиллюстрировано на рисунке 4. Доля относится к области перехода от нуля к максимуму, низкому уровню.
частота, магнитодвижущая сила (ммс). В верхней части следующего рисунка показаны два слоя на порцию. Это бы
быть p = 2 на кривых Доуэлла. Для нижней чередующейся обмотки p = 1. Переменная p относится к цифрам на
кривые и представляют количество слоев на порцию.

Например, если и p = 2, кривая Дауэлла дает отношение сопротивления переменного тока к постоянному току, равное
приблизительно 9: 1. При p = 1 соотношение уменьшается до 3, — улучшение 3: 1 .

Существуют магнитные прикладные программы, которые используют инструменты анализа методом конечных элементов (FEA) для обеспечения более точной
анализ сложной геометрии. [5]

Рисунок 4

Эффект близости не применяется к обратноходовым трансформаторам, поскольку первичный и вторичный токи не одновременны.
В некоторых случаях может быть лучше использовать более тонкую проволоку и меньшее количество слоев, даже если это увеличивает сопротивление постоянному току.Это все, что можно сделать, чтобы помочь обратноходовому трансформатору.
Рекомендуется внимательно прочитать раздел 7.5.6 Pressman [1] [4].
Двухсекционные бобины могут уменьшить эффект близости за счет более низкого коэффициента сцепления.

Список литературы

1. А. И. Прессман, Проектирование импульсных источников питания, McGraw-Hill, 1998, 2-е издание.
2. Условия поиска в Википедии: вихревой ток, скин-эффект, эффект близости (электромагнетизм), проницаемость (электромагнетизм), электрическое сопротивление и проводимость.
3. П. Доуэлл, «Эффекты вихревых токов в обмотках трансформатора», Proceedings IEE (UK), 113 (8): 1387-1394, 1966.
4. А. Прессман, Кейт Биллингс, Тейлор Мори, Проектирование импульсных источников питания, McGraw-Hill, 2009 г., 3-е издание.
5. Envelope Power, Ansonia, Conn.
6. Texas Instruments, Magnetic Design 3, slup125.

Размер провода

— AWG по сравнению с квадратным, мм

Размер провода

Разница между кабелями, проводами и проводниками
Проволока — это одиночный металлический стержень с небольшим отношением диаметра к длине.
Проводник — это провод, пропускающий электрический ток.
Многожильный провод — это проводник, состоящий из группы проводов. Эти провода обычно скручены вместе. Например, кабели могут обозначаться как 7/36. Это означает, что он состоит из 7 жил проволоки 36 калибра. (Из приведенной ниже таблицы многожильных проводов видно, что длина провода 7/36 составляет 28 AWG.
Кабель представляет собой либо одножильный провод, либо комбинацию проводников, изолированных друг от друга (многожильный кабель).Кабели в нефтегазовой и нефтехимической промышленности обычно всегда изолированы и часто защищены бронированной оболочкой и называются бронированными кабелями. Как правило, многожильные проводники более гибкие и менее подвержены усталостному разрушению, чем одножильные провода.

Важность использования кабеля правильного размера
Провода могут безопасно пропускать только ограниченный ток. Если ток, протекающий по проводу, превышает допустимую нагрузку на провод, генерируется избыточное тепло.Этого тепла может быть достаточно, чтобы сжечь изоляцию вокруг провода и вызвать пожар. Поэтому каждый проводник или кабель будет иметь определенную допустимую нагрузку по току, также иногда называемую его допустимой допустимой нагрузкой.
Увеличение диаметра или поперечного сечения проволочного проводника снижает его сопротивление и увеличивает его способность проводить ток.
Другой причиной выбора провода с увеличенной площадью поперечного сечения является ограничение падения напряжения по его длине — это особенно важно при длинных кабельных трассах и в искробезопасных (IS) цепях.

Ограничения выбора размера кабеля
Провода и кабели изготавливаются стандартного диаметра.