Расчёт и выбор сечения проводов для электрических цепей

   

    Для сборки электрической схемы нельзя использовать первые, попавшиеся под руку, провода. Такие действия могут привести к аварии или пожару. Чтобы этого не случилось, необходимо, предварительно, правильно выбрать сечение проводов.

 В электроустановках применяют провода разного рода. Они могут выполняются из меди или из алюминия. Медь лучше проводит электрический ток, но алюминий дешевле.

Для сборки электрических схем и для проводки внутри зданий, как правило, используются медные провода, покрытые слоем пластиковой или резиновой изоляции. Провода воздушных линий, протянутые между высокими опорами, выполняются из алюминия и могут быть оголёнными, т.е не иметь изоляции.

При работе провода он нагревается проходящим по нему током. Допустимая температура нагрева провода около 50 градусов Цельсия.

    Главным параметром провода является величина его поперечного сечения, S [мм²]. Чем больше площадь поперечного сечения провода (чем он толще), тем больший ток может пропустить провод. Поскольку провод в сечении круглый, площадь сечения определяется по формуле:

, где

D -диаметр провода в мм.

    Важным параметром провода, также, является тип его изоляции. Он определяет допустимую температуру, до которой может нагреваться провод во время работы. Превышение температуры провода может привести к возгоранию изоляции и пожару.

    Промышленность выпускает провода самого разного сечения. Типичные числовые значения величины поперечного сечения проводов можно увидеть в левом столбце приведённой ниже таблицы. В качестве примера укажем, что в квартирной электропроводке обычно используются медные провода сечением 2,5мм².

    Выбор проводов производится двумя разными способами: по допустимому нагреву и по допустимой потере напряжения в линии. Необходимо последовательно определить сечение проводов этими способами и, затем, выбрать из двух полученных результатов б о льшее значение.

    Для расчёта сечения провода необходимо знать параметры потребителя электроэнергии: напряжение питания и силу тока.

    Выбор проводов по допустимому нагреву. Никакого расчета здесь делать не требуется. Нужно лишь воспользоваться таблицей. Зная ток, протекающий в линии, питающей потребитель, нужно выбрать сечение провода.

Например, линия проложена двужильным алюминиевым проводом, в трубе, и в ней протекает ток, силой 30А. По таблице определяем, что подойдет провод с поперечным сечением 6 мм².

        

Таблица допустимых значений тока в проводах

 

    Изучая таблицу легко заметить следующее:

 - чем больше сечение провода, тем больший ток может выдержать провод без перегрева;

 - провод, проложенный открыто, выдерживает ток, больший, чем провод, проложенный в трубе, что объясняется его лучшим охлаждением;

 - для алюминиевых проводов допускается меньший ток в сравнении с медными, при одинаковом сечении.

Последнее объясняется тем, что у алюминиевого провода больше сопротивление и, при одинаковом токе, он нагревается сильнее, чес медный.

       Расчёт проводов по допустимой потере напряжения. При передачи энергии от источника ЭДС потребителю, ток проходит по проводам, каждый из которых обладает сопротивлением R_пр. Рассмотрев схему, показанную на рис. 21, легко понять, что сопротивление проводов включено последовательно с сопротивлением нагрузки R. Это означает, что напряжение на нагрузке U_н будет меньше, чем напряжение U_ист на источнике электроэнергии на величину падения напряжения на сопротивлении проводов.

 

Рис. 22. Сопротивление проводов линии R_пр включено последовательно с нагрузкой

 

    Чтобы потеря напряжения на проводах линии не превышала допустимой величины, необходимо рассчитать сечение проводов линии по формуле:

, где

P - мощность нагрузки, Вт;

l - длина линии, м;

γ -удельная проводимость материала провода: для меди 57 м/Ом•мм² и для алюминия 34 м/Ом•мм²;

е - допустимая величина потери напряжения в линии, %; обычно принимается равной 5%;  

U_н - номинальное напряжение на потребителе.

Раздел 2. Магнитное поле

Основные понятия

              Магнитное поле – это особый вид материи, окружающий намагниченные тела или движущиеся заряженные частицы. Магнитное поле можно обнаружить по создаваемым им эффектам или с помощью специальных приборов.

    Магнитное поле существует вокруг постоянных магнитов и проводников с током. В случае проводника с током  магнитное поле создается движущимися элек­трическими зарядами. Неподвижные заряды не могут создать магнитного поля. Само магнитное поле действует только на движущиеся электрические заряды. На неподвижные заряды магнит­ное поле не влияет.     

    Магнитное поле обладает способностью проникать через многие вещества, например, воздух, стекло, бума­гу, картон, медь, воду, а также через без­воздушное пространство. Человек не может обнаружить магнитное поле с помощью своих органов чувств. Теме не менее, оно оказывает влияние на организм человека. Это влияние может быть как положительным, так и приносить вред. Всё зависит от параметров магнитного поля.

    Мы живём в слабом магнитном поле, которым обладает планета Земля. За миллионы лет эволюции мы вполне сроднились с ним. Если изолировать человека от этого поля, он начинает плохо себя чувствовать, т.е. естественное магнитное поле Земли нам необходимо.

    В то же время, длительное воздействие сильных магнитных полей, образующихся при работе электроустановок, способно принести вред организму человека.

Магнитное поле принято изображать на рисунках с помощью воображаемых магнитн ых силовых линий. С их помощью можно удобно и наглядно изобразить магнитное поле. В тех местах, где магнитное поле сильнее, изображают сило­вые линии расположенными гуще, т. е. ближе друг к дру­гу. И наоборот, в местах, где поле слабее, показывают силовые линии в меньшем количестве, т. е. расположен­ными реже. Взглянув на изображенное с помощью си­ловых линий магнитное поле, по густоте их расположе­ния, сразу можно сказать, где поле сильнее и где сла­бее.

Постоянный магнит и силовые линии магнитного поля вокруг него показан на рис. 23.  На рисунке показано всего несколько силовых линий. На самом деле их гораздо больше.

Изображение магнитного поля в виде совокупности силовых линий является довольно неточным. В действительности магнитное поле заполняет все про­странство вокруг источника магнитного поля и через любую точку пространства проходит какая-то силовая линия. Однако для простоты изображают лишь небольшое число силовых линий, показывающих наибо­лее характерные особенности структуры поля. Некоторые из силовых линий показаны на рисунке частично. При удалении от магнита его магнитное поле слабеет.

Магнитные силовые линии всегда замкнуты, т.е. не имеют ни начала, ни конца. Вне постоянного магнита они выходят из северного полюса и входят в южный. Внутри магнита – наоборот. Интенсивность магнитного поля отображается на рисунке более густыми силовыми линиями. Видно, что наиболее сильным будет поле около полюсов магнита.

                         

 

Рис. 23. Магнитные силовые линии вокруг подковообразного и прямого

постоянного магнита