Движение зарядов внутри проводника вызывает его разогрев. В сложных условиях работают электрические кабеля, их выбирают по рабочей нагрузке и длительно допустимому току. Существуют методики, позволяющие самостоятельно рассчитать параметры жил, проводов и оболочек шнуров. В практической деятельности чаще прибегают к помощи таблиц, рекомендуемых правилами ПУЭ – устройства электроустановок.
Критерии выбора
Проектирование энергосети начинают с характеристик предполагаемого к монтажу оборудования и передаточных средств. Основные из них – шнуры и провода. Для предупреждения разрушения кабеля из-за длительной эксплуатации под нагрузкой необходимо правильно выбрать его параметры.
Основные критерии оценки работоспособности схемы:
- значения рабочего и длительно допустимого тока;
- мощность приёмников электроэнергии;
- сетевое напряжение.
Источник нагрева проводников – своеобразное трение, возникающее при соприкосновении движущихся электронов с кристаллической решёткой металла. Преимущество заключается в использовании принципа тепловыделения в различных нагревательных приборах: утюгах, чайниках и калориферах. Недостаток выражается вероятностью разрушения оболочки кабеля при высокой температуре и его возгоранию, приведению в негодность оборудования и электротехники.
Причин перегрева много, но чаще он возникает из-за неправильного выбора сечения проводника и слабых контактов на присоединительных устройствах. В первом случае действуют по следующей схеме.
При нахождении в цепи нескольких потребителей их нагрузка суммируется с запасом 30-40% для правильного выбора сечения передаточных линий на каждом участке и на вводе от генерирующего источника. По установленной мощности и напряжению сети определяют длительно допустимый ток кабеля, от него зависит выбор сечения отдельных жил. После этого выясняют условия эксплуатации сети: температуру окружающей среды и способ укладки – в земле, коробе или на открытом пространстве.
Другой фактор проявляется в распределительных шкафах, щитках, разъединителях и автоматических выключателях. При неполном прилегании клемм и проводников происходит нагрев до степени разрушения устройства. Эта причина устраняется периодическим контролем состояния и подтягиванием соединений, применением специальных клеммников.
Длительно допустимая токовая нагрузка по сечению кабеля – это величина тока, при которой температура достигает максимально разрешённого значения. Для разных марок изделий, внешних условий и режима эксплуатации устанавливают соответствующий размер допустимой нагрузки.
Определение предельного тока
Правильно выбранное сечение жил кабеля исключает перегрев от перемещающихся электронов при наименьшем расходе цветных металлов. Медные шнуры применяются в электротехнике чаще других, поскольку обладают лучшей проводимостью.
Допустимый ток определяют по формуле: I = P / U, где P – суммарная мощность потребителей, U – напряжение в сети. Для меди величина I равна 10 А на 1 мм2 сечения, алюминия – 8.
Протекание 10 А по проводнику площадью 1 мм/кв возможно только в течение короткого периода – на время включения прибора. Нагрузка в 12 ампер при том же сечении повлечёт повышение температуры и расплавление изоляции. При устройстве скрытой электросети (в трубчатом канале или стене) максимально разрешённое значение уменьшают, используя коэффициент 0,8. Силовые провода из соображений механической прочности выбирают с сечением ≥4 мм/кв.
Понятие длительно допустимого тока (Iдд) по нагреву означает нагрузку на кабель в течение продолжительного времени при достижении номинальной температуры проводника. Расчётная формула: Iдд=√Кдд х S х Тдд / R, где:
- Кдд – коэффициент теплопередачи;
- S = 3,14 х d х L – охлаждаемая поверхность;
- Тдд – допустимое повышение температуры;
- R – сопротивление.
При расчёте Iдд используют показатели максимально жаркой окружающей среды, так как в условиях низких температур эффективность теплоотдачи значительно выше. Для кабелей, уложенных в землю на 70-80 см, принимают 15 ºС, внутри помещения – до 25 ºС. Расчёты по формулам довольно сложные, поэтому в практической деятельности пользуются рекомендуемыми ПУЭ таблицами допустимых токов по сечениям проводов и кабелей. Номинальная температура жил в резиновой, пластмассовой и свинцовой изоляции принимается равной +65 ºС.
Табличные значения
При выполнении электромонтажных работ в быту часто употребляют шнуры сечением 1,5; 2,5; 4,0; 6,0 мм/кв. На основе нормативных показателей правил ПУЭ сформирована таблица для выбора Iдд кабельной продукции и токов защиты для однофазной сети.
| Виды электрической нагрузки | Освещение и сигнализация | Розетки для бытовых приборов | Водонагреватели, кондиционеры | Плита, духовой шкаф | Вход в квартиру |
| Максимальная мощность при напряжении 220 В, кВт | 4,1 | 5,9 | 8,3 | 10,1 | 15,4 |
| Сечение жил медных проводов и кабелей, мм2 | 1,5 | 2,5 | 4,0 | 6,0 | 10,0 |
| Величина тока, А | |||||
| -длительного допустимого | 19 | 27 | 38 | 46 | 70 |
| -предельного защитного | 16 | 20 | 32 | 40 | 63 |
| -номинального предохранительного | 10 | 16 | 25 | 50 | 52 |
Технические параметры кабелей многообразны и различаются маркировкой, количеством жил, конструкцией изоляционных оболочек. Перегрев проводников исключается правильным подбором длительно допустимой силы тока.
