Самое уязвимое место в сфере обеспечения квартиры или дома электрической энергией – это электропроводка. Во многих домах продолжают использовать старую проводку, не рассчитанную на современные электроприборы. Нередко подрядчики и вовсе стремятся сэкономить на материалах и укладывают провода, не соответствующие проекту. В любом из этих случаев необходимо сначала сделать расчет сечения кабеля, иначе можно столкнуться с серьезными и даже трагичными последствиями.
Общая информация о кабеле и проводе
При работе с проводниками необходимо понимать их обозначение. Существуют провода и кабеля, которые отличаются друг от друга внутренним устройством и техническими характеристиками. Однако многие люди часто путают эти понятия.
Проводом является проводник, имеющий в своей конструкции одну проволоку или группу проволок, сплетенных между собой, и тонкий общий изоляционный слой. Кабелем же называется жила или группа жил, имеющих как собственную изоляцию, так и общий изоляционный слой (оболочку).
Каждому из типов проводников будут соответствовать свои методы определения сечений, которые почти схожи.
Материалы проводников
Количество энергии, какую передает проводник, зависит от ряда факторов, главный из которых – это материал токопроводящих жил. Материалом жилок проводов и кабелей могут выступать следующие цветные металлы:
Алюминий. Дешевые и легкие проводники, что является их преимуществом. Им присуще такие отрицательные качества, как низкая электропроводность, склонность к механическим повреждением, высокое переходное электросопротивление окисленных поверхностей;
Медь. Наиболее популярные проводники, имеющие, по сравнению с другими вариантами, высокую стоимость. Однако им присуще малое электрическое и переходное на контактах сопротивление, достаточно высокая эластичность и прочность, легкость в спайке и сварке;
Алюмомедь. Кабельные изделия с жилами из алюминия, которые покрыты медью. Им свойственна чуть меньшая электропроводность, чем у медных аналогов. Также им присуще легкость, среднее сопротивление при относительной дешевизне.
Важно! Некоторые способы определения сечения кабелей и проводов будут зависеть именно от материала их жильной составляющей, который напрямую влияет на пропускную мощность и силу тока (метод определения сечения жил по мощности и току).
Для чего необходим расчет кабеля
В вопросе выбора сечения проводов нельзя следовать принципу «на глаз». Протекая по проводам, ток нагревает их. Чем выше сила тока, тем сильнее происходит нагрев. Эту взаимосвязь легко доказать парой формул. Первая из них определяет активную силу тока:
где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление.
Из формулы видно: чем больше сопротивление, тем больше будет выделяться тепла, т. е. тем сильнее проводник будет нагреваться. Сопротивление определяют по формуле:
R = ρ · L/S (2),
где ρ – удельное сопротивление, L – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения.
Чем меньше площадь поперечного сечения проводника, тем выше его сопротивление, а значит выше и активная мощность, которая говорит о более сильном нагреве. Исходя из этого, расчет сечения необходим для обеспечения безопасности и надежности проводки, а также грамотного распределения финансов.
Что будет, если неправильно рассчитать сечение
Без расчета сечения проводника можно столкнуться с одной из двух ситуаций:
Слишком сильный перегрев проводки. Возникает при недостаточном диаметре проводника. Создает благоприятные условия для самовозгорания и коротких замыканий.
Неоправданные затраты на проводку. Такое происходит в ситуациях, когда были выбраны проводники избыточного диаметра. Конечно, опасности здесь нет, но кабель большего сечения стоит дороже и не столь удобен в работе.
Что еще влияет на нагрев проводов
Из формулы (2) видно, что сопротивление проводника зависит не только от площади поперечного сечения. В связи с этим на его нагрев будут влиять:
Материал. Пример – у алюминия удельное сопротивление больше, чем у меди, поэтому при одинаковом сечении проводов медь будет нагреваться меньше.
Длина. Слишком длинный проводник приводит к большим потерям напряжения, что вызывает дополнительный нагрев. При превышении потерь уровня 5% приходится увеличивать сечение.
Необходимость и порядок проведения расчета
Электрическим током питается самое разное оборудование, обладающее различной мощностью. И диапазон мощностей весьма обширный.
Каждый отдельно взятый электрический аппарат представляет собой нагрузку, в зависимости от величины которой требуется подвод тока определенной силы.
По «умолчанию» или банальному незнанию основ электрики проводники несложно подключить, игнорируя все существующие требования к диаметрам и сечениям. Другой вопрос – что может получиться из такой практики в процессе эксплуатации
Необходимое количество тока под требуемую нагрузку можно пропустить через провода разного диаметра (сечения).
Но в условиях недостаточного сечения проводника для прохождения заданного объёма тока возникает эффект увеличенного сопротивления. Как следствие – отмечается нагрев провода (кабеля).
Если игнорировать подобное явление и продолжать пропускать ток, создаётся реальная опасность нагрева вплоть до момента возгорания. Такая ситуация грозит серьёзной аварийной ситуацией. Вот почему расчетам и подбору цепей передачи тока к нагрузке требуется уделять повышенное внимание.
Последствия неточных расчетов электрических проводников по сечению (диаметру) могут сопровождаться явлениями от незначительной деформации изолирующего материала до реального возгорания и крупного пожара
Правильный расчёт, грамотный подбор кабелей и проводов положительно сказывается и на работе оборудования, выступающего в качестве нагрузки.
Так что, помимо фактора безопасности, расчёт сечений электрического кабеля по диаметру или наоборот, является обязательным действием с точки зрения обеспечения эффективной эксплуатации электрических машин.
Способы измерения диаметра провода
Для того, чтобы рассчитать площадь поперечного сечения проводника необходимо знать его точный диаметр. Существует несколько способов измерения диаметра провода. К ним относятся измерения:
При помощи штангенциркуля: для этого нужно понимать принцип работы штангенциркуля и уметь снимать показания с его шкал. В этом случае упростить измерения позволяет использование электронного измерительного прибора – он покажет точное значение диаметра на своем экране.
С использованием микрометра: показания данного прибора немного точнее, чем у механического штангенциркуля, но он также требует некоторых навыков для снятия правильных и точных показаний.
С помощью обычной линейки: данный способ подходит тем, кто не имеет в своем арсенале таких измерительных приборов, как штангенциркуль или микрометр. Измерение диаметра проводника с использованием линейки не будет достаточно точным, но примерно оценить диаметр будет возможно.
Для измерения диаметра проводника в первую очередь его зачищают ножом или стриппером от изоляции. Далее, если используется микрометр или штангенциркуль, жилу провода плотно зажимают между губок прибора и определяют размер проводника по шкалам устройства. При использовании линейки изоляция снимается на расстояние 5-10 см и жила наматывается на отвертку. Витки проводника должны плотно прижиматься друг к другу (ориентировочно 8-20 витков). Далее измеряется длина намотанного участка и полученное значение делится на количество витков – получится более или менее точное значение диаметра.
Определение диаметра жилы проводника
Собственно, выполнить эту операцию можно простым линейным замером. Для точного замера рекомендуется использовать точечный инструмент, например, штангенциркуль, а ещё лучше – микрометр.
Относительно низкий по точности результат, но вполне приемлемый для многих вариантов применения проводов даёт замер диаметра обычной линейкой.
Замер и определение диаметра жилы точечным инструментом, в качестве которого выступает штангенциркуль. Этот способ линейного измерения даёт результат, достаточно точный для последующего расчета сечения проводника
Конечно же, измерение следует проводить в состоянии оголенного проводника, то есть предварительно снимается изоляционное покрытие.
Кстати, изоляционным покрытием, к примеру, медного провода, считается также тонкий слой напыления лака, которое также необходимо снимать, когда требуется очень точный расчет.
Существует «бытовой» способ измерения диаметра, пригодный в тех случаях, когда под руками отсутствуют точечные измерительные инструменты. Для применения способа потребуется отвертка электрика и школьная линейка.
Проводник под измерение предварительно зачищается от изоляции, после чего наматывается плотно виток к витку на штанге отвертки. Обычно мотают десяток витков – удобное число для математических расчетов.
Линейное измерение диаметра – ещё один широко распространенный способ определения параметра проводника для расчета мощности (пропускной способности). Применяется с использованием обычной линейки и любого основания, куда допустимо намотать проводник (+)
Далее намотанную на штанге отвертки катушку измеряют линейкой от первого до последнего витка. Полученное значение на линейке необходимо разделить на число витков. Результатом такого нехитрого расчета будет диаметр жилы провода.
Вычисление сечения электрического провода
Для определения значения сечения жилы проводника придется уже пользоваться математической формулировкой.
По сути, сечением жилы проводника является площадь поперечного среза – то есть, площадь круга. Диаметр которого определяется методикой, описанной выше.
Сечение жилы – фактически площадь круга. Соответственно вычисление этого сегмента геометрической математики допустимо выполнить посредством традиционной формулы при условии известного значения диаметра или радиуса
Опираясь на значение диаметра, несложно получить значение радиуса, разделив диаметр пополам.
Собственно, потребуется к полученным данным добавить константу «π» (3,14), после чего можно вычислить значение сечения по одной из формул:
S = π*R2 или S = π/4*D2,
где:
D – диаметр;
R – радиус;
S – поперечное сечение;
π – константа, соответствующая 3,14.
Указанные классические формулы используются и для определения сечения многожильных проводников. Стратегия расчёта остается практически неизменной, за исключением некоторых деталей.
В частности, изначально вычисляется сечение одной жилы из пучка, после чего полученный результат умножается на общее количество жил.
Рассчитать сечение многожильного проводника допустимо при помощи того же математического способа, что применяется к одинарному проводу, но дополнительно учитывается число существующих жил в качестве множителя
Почему следует считать важным фактором определение сечения? Очевидный момент, связанный напрямую законом Джоуля-Ленца, – потому что параметром сечения проводника определяется граница допустимого тока, текущего через этот проводник.
Определение диаметра по сечению
Математическим расчетом допустимо определить диаметр жилы проводника, когда известен параметр сечения.
Это, конечно, не самый практичный вариант, учитывая наличие более простых способов определения диаметра, но использование такого варианта не исключается.
Измерение диаметра с высокой точностью при помощи слесарного инструмента – микрометра, даёт практически аналогичный результат, когда расчеты проводят с помощью формулы
Для выполнения расчета потребуются фактически те же самые числовые сведения, что использовались при расчетах сечения с помощью математической формулы.
То есть, константа «π» и значение площади круга (сечения).
Применяя эти значения формулы ниже, получают значение диаметра:
D = √4S/π,
где:
D – диаметр;
S – поперечное сечение;
π – константа, соответствующая 3,14.
Применение этой формулы может быть актуальным, когда известен параметр сечения и под руками нет никаких подходящих инструментов для измерения диаметра.
Параметр сечения допустимо получить, к примеру, из документации на проводник или из таблицы для расчетов, где представлены наиболее часто используемые классические варианты.
Определяем сечение провода с помощью таблицы
Использование формул не дает гарантированного результата, да и как назло они забываются в самый нужный момент. Поэтому определение сечения лучше проводить согласно таблице, куда сведены результаты вычислений. Если получилось измерить диаметр жилы, то площадь сечения провода можно посмотреть в соответствующем столбце таблицы:
Если надо найти общий диаметр многопроволочной жилы кабеля, то придется отдельно вычислить диаметр каждого проводка, а полученные значения сложить. Дальше все делается так же, как и с однопроволочной жилой – результат находится по формуле или таблице.
При замерах сечения провода, его жила тщательно очищается от изоляции, так как не исключена возможность что ее толщина будет больше нормативной. Если в точности расчетов по каким-либо причинам есть сомнения, то лучше выбирать кабеля или провода с запасом мощности.
Чтобы приблизительно узнать сечение провода, который будет приобретаться, надо сложить мощности электрооборудования, что будет к нему подключено. Потребляемая мощность обязательно указывается в паспорте прибора. По известной мощности высчитывается суммарный ток, который будет протекать по проводнику, а исходя из него уже подбирается сечение.
Детальная инструкция по проведению замеров
Весь процесс вычисления параметров сечения кабеля можно разделить на 6 этапов, каждый из которых имеет свою специфику и должен подчиняться конкретным правилам.
1 этап
Нужно взять кабель, для которого человек собирается определять параметр сечения. Чаще всего для такой цели используются провода, состоящие из 2 или 4 жил. Жилы должны быть изолированы друг от друга специальными материалами.
Как правило, жилы внутри кабеля обладают одинаковыми показателями диаметра, но можно и встретить такие варианты провода, где одна из жил намного тоньше остальных вариантов. Если в кабеле есть одна тонкая жила, значит, она предназначается для заземления.
2 этап
Жилы необходимо очень аккуратно очистить от изоляции провода – с этой целью нужно использовать небольшой, но очень острый нож.
Затем взять штангенциркуль или микрометр и, воспользовавшись инструментом, рассчитать диаметр жилы. Полученное в миллиметрах значение стоит куда-то записать. Используя этот параметр, нужно будет рассчитать такой показатель, как площадь поперечного сечения. Чтобы это сделать, человеку придется умножить коэффициент 0,25 на число П, которое ровняется 3,14, а также на полученное значение диаметра в квадрате. Общая формула для этого расчета выглядит так – S=0,25xПxD в квадрате. Полученное значение необходимо умножить на количество жил, которые присутствуют в определенном кабеле.
Дополнительно нужно вычислить сопротивление провода, для чего понадобятся следующие показатели:
длина провода;
сечение кабеля;
материал, из которого изготовлен кабель.
Имея эти параметры, можно без проблем вычислить показатель сопротивления.
3 этап
Чтобы понять, как делаются замеры на практике и узнать нужную информацию, нужно рассмотреть момент расчета на конкретном примере. Если у пользователя в руках есть медный кабель, который состоит из 4 жил, а параметр его диаметра составляет 2мм, то можно искать площадь его сечения.
Совет! Для проведения замеров лучше использовать микрометр, который позволит получить более точные показатели, а значит, и весь расчет будет максимально точным и правильным.
Чтобы определить этот параметр, стоит заняться моментом расчета площади поперечного сечения для одной из жил. Сделать это позволяет следующая формула:
S=0,25х3,14х2 в квадрате = 3,14мм в квадрате
Принцип расчета очень простой и максимально понятный. Определив параметр поперечного сечения одного из проводов, можно найти этот показатель для целого кабеля. Чтобы его определить, достаточно умножить полученный по формуле, указанной выше показатель, на общее количество кабелей.
4 этап
Определив параметр сечения, человек может узнать, какой максимальный ток может протекать именно по выбранному кабелю. Также, имея выше указанный показатель на руках, человек может определить сопротивление. К примеру, максимальный ток именно для кабеля из меди можно рассчитать, используя соотношение 8А на 1мм в квадрате. Исходя из этого, предельное значение тока будет составлять 8х12,56=100,5А. для алюминиевого кабеля используются немного другие параметры, которые составляют 5А на 1мм квадратный.
5 этап
Зная значение длины кабеля, можно легко опередить его сопротивление. Чтобы понять, как это делается, нужно рассмотреть все на конкретном примере. К примеру, если длина конкретного кабеля составляет 200м, то чтобы определить показатель сопротивления, нужно умножить удельное сопротивление материала на длину кабеля и поделить на площадь его поперечного сечения. Сделав эти расчеты, можно без проблем определить нужный параметр.
Определение сечения провода на примере
Для определения площади поперечного сечения жилы провода или кабеля, используют штангенциркуль с обычной шкалой либо циферблатный или цифровой прибор. Как определить сечение провода штангенциркулем? Для опытных электриков данный вопрос может показаться смешным, а обычного домашнего мастера этот вопрос может загнать в тупик. Рассмотрим измерение провода на примере.
В первую очередь освежим память школьного курса геометрии, а именно вспомним формулу определения площади круга:
Sкр=πr2 ,
где π=3,14; r – радиус окружности.
Приведем данную формулу для нашего случая, а также немного упростим ее. Штангенциркулем измеряют не радиус, а диаметр круга. Исходя из того, что радиус это половина диаметра, получаем следующую формулу:
Sкр=(πd2)/4 ,
где d – диаметр окружности, в данном случае жилы.
Для удобства расчета упростим формулу, разделив π на четыре, получаем:
Sкр=0,785d2
Из полученного выражения видно, что для определения площади поперечного сечения необходимо знать диаметр провода. Итак, берем провод, очищаем жилу, сечение которой хотим определить. Затем измеряем диаметр жилы штангенциркулем.
Получаем 1,78 мм. Подставляем полученное значение в формулу: 1,78 возводим в квадрат и умножаем на 0,785, округляем до сотых, получаем 2,49 – сечение провода.
Как правило, не у каждого домашнего электрика есть в хозяйстве штангенциркуль. Покупать его для измерения на несколько раз, в процессе замены электропроводки не целесообразно. Как определить сечение провода, не имея штангенциркуля? Оказывается очень просто: существует еще один способ измерения сечения жилы, который сможет выполнить любой человек, имея под рукой карандаш и линейку.
Берем провод, сечение которого нам необходимо узнать, и зачищаем его на длину около 30-50 сантиметров. Затем берем карандаш (ручку, фломастер и т.п.) и наматываем на него провод таким образом, чтобы витки наматываемого провода были вплотную друг другу.
Теперь подсчитываем количество намотанных на карандаш витков и измеряем их общую длину, в данном случае их 19, длинна — 32 миллиметров. Для определения диаметра одного витка необходимо общую их длину разделить на количество витков: 32 делим на 19 получаем 1,684 миллиметра. Подставляем диаметр в формулу, как и в предыдущем измерении, получаем 2,23 квадратных миллиметров. Провод для примера был взят из кабеля ВВГнг-2,5×7.
Если в хозяйстве есть провод и вы хотите его использовать для прокладки проводки, то можно определить сечение таким простым способом, сэкономив деньги на приобретение специального измерительного прибора, который, насколько мне известно, стоит сравнительно большую сумму.
Насколько точный результат предложенного выше метода? Все зависит от количества витков, чем их больше, тем меньше погрешность в результате. Единственный минус данного метода – достаточно большое сечение жилы измерить не получится. Представьте можно ли намотать провод сечением в 6 квадратов на карандаш или что-то подобное? В этом случае без специального устройства не обойтись.
Для определения сечения провода для проводки квартиры вышеуказанного способа достаточно. Приобретение штангенциркуля будет необходимо в том случае, если вы занимаетесь монтажом электропроводки профессионально. Наматывать провод каждый раз на карандаш будет очень долгим занятием. А вообще, как говорится, все приходит с опытом: бывалый электрик, проложивший не один километр провода, вмиг определит сечение провода без помощи каких-либо методов.
Существуют также специальные таблицы, которые несколько упрощают расчеты. В них приведены номинальные сечения проводов и соответствующие им диаметры для различных типов проводов, как одножильных, так и многожильных (гибких).
Советы по выбору сечения провода
Сечение проводника – это не все, на что нужно обращать внимание. Немаловажное значение имеет материал, из которого он изготовлен. Жила из меди или алюминия имеет определенный цвет и если он вызывает сомнение, то вероятно в целях экономии здесь производителем используется сплав металла. Это может привести к опасным последствиям, так как проводимость тока будет меньше, чем у заявленных металлов.
Сечение провода определяется только по диаметру токоведущей жилы. Некоторые покупатели ошибочно пытаются вычислить сечение по общему диаметру (жила+изоляция), отнимая от результата предполагаемую толщину изоляции. Так делать ни в коем случае нельзя, так как погрешность измерения будет чрезмерно высокой. Кроме того, в целях экономии металла производителем может быть сделана толще сама изоляция, и на вид изделие кажется вполне нормальным.
