Определить сечение электрического кабеля можно, основываясь на диаметре его жилы. На практике, непосредственно перед установкой, чаще всего измеряют диаметр жилы без изоляционного покрытия с помощью штангенциркуля или микрометра. Чтобы освежить в памяти методику работы со штангенциркулем при измерениях диаметра жилы, обратите внимание на рисунок 1.
Как правильно определить сечение провода по его диаметру и наоборот: готовые таблицы и расчетные формулы
Электрические провода и кабели находят обширное применение в различных областях электрических сетей. Инженерное решение по транспортировке электрической энергии через проводниковые изделия на первый взгляд может показаться достаточно простым и ясным.
Тем не менее, для обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации электросетей важно учитывать множество нюансов, возникающих при проектировании и выполнении электромонтажных работ. Одним из таких аспектов является умение правильно рассчитывать сечение проводника, опираясь на измеренный диаметр, ведь именно от точности этих расчетов зависит допустимый ток, который может протекать через проводник.
Как осуществляется определение сечения или диаметра, есть ли между ними какая-то разница? Мы постараемся разобраться в этом вопросе в данной статье. Кроме того, мы подготовили сводные таблицы, которые помогут в выборе необходимого проводника, исходя из условий установки электросети, материала, из которого изготовлена жила кабеля, а также от мощностных характеристик подключаемых аппаратов.
Значимость и алгоритм проведения расчетов
Электрическим током питается множество различных устройств, обладающих разнообразной мощностью, диапазон которой может быть очень широким.
Каждый конкретный электрический прибор создаёт нагрузку, для питания которой требуется подводить ток определённой величины.
По умолчанию или в силу элементарного незнания основ электротехники проводники могут быть не правильно подключены, без учета всех необходимых требований относительно их диаметра и сечения. Но столь простая практика может обернуться серьезными проблемами в процессе эксплуатации.
Необходимое количество тока для заданной нагрузки может проходить через провода с различными диапазонами сечений (диаметров).
Однако в ситуации, когда проводник имеет недостаточное сечение для прохождения требуемого объема тока, наблюдается увеличение электрического сопротивления. Это приводит к нагреванию проводника (кабеля).
Игнорируя данное явление и продолжая пропускать ток в таких условиях, существует реальная угроза перегрева, вплоть до возможного возгорания. Такую ситуацию можно считать предельно опасной и угрожающей возникновением серьезных аварий. Именно поэтому расчет и оптимизация цепей передачи тока к нагрузке требуют повышенного внимания и строгости.
Ошибки в расчетах сечений электрических проводников могут привести к последствиям от незначительных деформаций изоляционного материала до реального возгорания и масштабных пожаров.
Корректно выполненные расчеты и грамотный подбор кабелей и проводов также оказывают положительное влияние на работоспособность подключенного оборудования.
Следовательно, помимо вопросов безопасности, расчет сечений электрического кабеля по диаметру или, наоборот, является одной из обязательных задач для обеспечения надежной и эффективной работы электрических машин и устройств.
Измерение диаметра жилы проводника
На практике, определить этот параметр совершенно не сложно. Для достижения высокой точности измерений рекомендуется использовать точные измерительные инструменты, такие как штангенциркуль или, ещё лучше, микрометр.
В качестве более простого варианта, но с относительно низкой точностью, можно воспользоваться линейкой для измерения диаметра провода.
Измерение и определение диаметра жилы с использованием точного измерительного инструмента, например, штангенциркуля, обеспечит результат, который будет достаточно точен для последующего расчета сечения проводника.
Без сомнения, измерения должны проводиться на оголенном проводнике, то есть изоляция должна быть предварительно удалена.
Заметим, что изоляционным покрытием для медного провода может являться также тонкий слой лака, который также следует удалить, если необходима высокая точность измерений.
Существует также простой метод измерения диаметра, подходящий в ситуациях, когда отсутствуют точные измерительные инструменты. Для его выполнения вам потребуется отвертка и линейка от школьного набора.
Сначала проводник очищается от изоляции, после чего плотно наматывается виток к витку на стержень отвертки. Обычно мотают около десяти витков — это удобное количество для производимых математических расчетов.
Расчет сечения провода
Термин «толщина» в отношении проводов чаще всего используется в повседневной жизни, в то время как более корректные термины — это «диаметр» и «площадь сечения». На практике толщина провода характеризуется площадью его сечения.
Осуществить расчет сечения провода на практике довольно просто. Зная его диаметр (например, измерив его штангенциркулем), вы можете легко вычислить площадь сечения по следующей формуле:
S – площадь сечения провода в квадратных миллиметрах (мм2)
π – приблизительно равное 3,14
D – диаметр токопроводящей жилы провода в миллиметрах (мм). Этот параметр можно измерить, например, используя штангенциркуль.
Формула для вычисления площади сечения провода может быть удобнее записана в следующем виде: S = 0,8 D².
Стоит отметить, что 0,8 – это округленный коэффициент. Более точная формула будет выглядеть так: π (1/2)² = π / 4 = 0,785
Далее рассмотрим только медные провода, так как именно они применяются в 90% случаев в электропроводке и электромонтаже. Преимущества медных проводов по сравнению с алюминиевыми включают в себя удобство монтажа, долговечность и меньший диаметр (при одинаковых токах).
Тем не менее, с увеличением диаметра (площади сечения) значительно возрастает и стоимость медного провода, что сводит на нет его преимущества, поэтому алюминий чаще используют в ситуациях, когда ток превышает 50 ампер. В таких случаях применяют кабели с алюминиевыми жилами, с сечением от 10 мм2 и выше.
Площадь сечения проводов измеряется в квадратных миллиметрах. Наиболее распространенные в быту площади сечения, используемые в электрических системах, составляют: 0,75, 1,5, 2,5 и 4 мм2.
Существуют и иные единицы измерения площади сечения (толщины) проводников, популярные в основном в США, ориентированные на систему AWG. Для этой системы также доступны таблицы сечений проводов и их переводы из AWG в мм2.
При выборе сечения проводов следует следовать трем основным принципам.
- Площадь сечения провода должна быть достаточной для безопасного прохождения электрического тока. Достаточно — значит, что при максимальном токе, который может проходить через этот провод, его нагрев не должен превышать допустимых значений (обычно не более 60 °C).
- Сечение провода должно быть достаточным, чтобы падение напряжения на нем не превышало допустимых норм. Это имеет особую важность для длинных проводников (десятки и даже сотни метров) и высоких токов.
- Толщина провода и его защитное изоляционное покрытие должны обеспечивать необходимую механическую прочность проводника, следовательно, его надежность в эксплуатации.
К примеру, для подключения люстры в гостиной, потребляющей суммарно 100 Вт (что соответствует току чуть более 0,5 А), может показаться, что достаточно будет использовать провод с площадью сечения 0,5 мм2. Но какой профессиональный электрик станет прокладывать такой провод в потолочной плитке? Обычно в таких случаях используют провод с сечением 1,5 мм2.
На самом деле, выбор нужной толщины провода напрямую зависит от одного критического параметра, а именно — от его максимальной рабочей температуры. При превышении этой температуры может произойти плавление и разрушение как самого провода, так и изоляционного покрытия. Иными словами, максимально допустимый рабочий ток для провода с конкретным сечением ограничивается только предельной рабочей температурой и временем его функционирования в этих условиях.
Ниже представлена известная таблица, позволяющая подобрать площадь сечения медных проводов в зависимости от значения тока. Исходные данные — площадь сечения проводника.
Максимальный ток для различных сечений медных проводов
(Данные представлены в соответствии с таблицей 1.3.4 ПУЭ)
В таблице выделены основные номиналы проводов, используемых в бытовой электрике. «Один двужильный» — это кабель, состоящий из двух проводов, один из которых — фазный, а другой — нулевой. Тем самым обеспечивается однофазное питание нагрузки. «Один трехжильный» — это провод для трехфазного питания.
Эта таблица наглядно демонстрирует, при каких значениях тока и в каких условиях можно безопасно эксплуатировать провод данного сечения.
Очевидный практический пример: если на розетке указано “Max.16A”, то для питания этой одной розетки можно без проблем проложить провод сечением 1,5 мм2. Но обязательно защитите розетку автоматическим выключателем, который должен иметь токовое ограничение не более 13А, а предпочтительнее — 10А.
В таблице одножильный провод подразумевает, что вблизи (на расстоянии менее пяти диаметров самого провода) не располагаются другие проводники. Двужильный провод состоит из двух проводов, находящихся в одном изоляционном покрове, что создает более тяжелые температурные условия и соответственно снижает максимально допустимый ток. Поскольку чем больше проводов в кабеле или их группе, тем меньший ток должен проходить через каждый, принимая во внимание возможный взаимный нагрев.
Эту таблицу я нахожу не совсем удобной для практического применения, так как зачастую начальным параметром является мощность потребителя электроэнергии, а не ток, и из этого необходимо подбирать провод.
Как вычислить ток, зная мощность? Нужно разделить мощность Р (Вт) на напряжение (В), чтобы получить ток (А): I = P/U.
Как найти мощность, зная ток? Нужно умножить ток (А) на напряжение (В), чтобы получить мощность (Вт): P = I * U.
Эти формулы применимы для активной нагрузки (например, лампочки в жилых помещениях или утюги). Для реактивной нагрузки обычно учитывается коэффициент от 0,7 до 0,9 (таковые случаи распространены в промышленных установках, где используются мощные трансформаторы и электродвигатели).
Предлагаю воспользоваться второй таблицей, где исходные данные — потребляемый ток и мощность, а искомые величины — сечение провода и ток отключения защитного автоматического выключателя.
Формула для определения сечения по диаметру
Как правило, проводники имеют круглую форму, хотя встречаются также проводники другой конфигурации. Для вычисления площади круга (сечения проводника) можно использовать две формулы: сначала найти сечение по радиусу, который равен половине диаметра, или же воспользоваться диаметром напрямую.
Для примера, можно установить сечение проводника с диаметром 0,68 мм. Для этого сначала нужно определить радиус. Для этого делим диаметр 0,68 мм на 2 и получаем 0,34 мм.
S = π * R² = 3,14 * 0,34² = 0,36 мм²
Первым этапом идет возведение радиуса в квадрат (0,34 мм), затем полученное значение умножается на постоянную (3,14). В итоге расчет показывает, что сечение жилы провода равно 0,36 квадратных миллиметров. Такого тонкого провода не используют в силовых сетях.
Если рассматривать расчеты по диаметру, то процесс будет несколько отличаться, однако итоговый результат должен совпадать. Здесь значение 0,68 мм используется как есть (не делится).
Расчеты в этом случае проводятся так: диаметр провода (0,68) умножается на 3,14, полученное значение (1,451936) делится на 4 и в итоге равно 0,362984. После округления получаем такое же сечение (0,36 квадратных миллиметров).
S = π/4 * D² = 3,14/4 * 0,68² = 0,785 * 0,4624 = 0,36 мм²
Оперируя полученными значениями, можно использовать любые из предложенных способов определения, так как значительных различий в итогах не должно возникать.
Таблица для определения сечения проводов в зависимости от их диаметра
Не всегда в процессе покупки появляется возможность точно рассчитать, какое сечение имеют жилы проводников и кабелей. Для быстрой и простой проверки целесообразно воспользоваться специальной таблицей, в которой указаны диаметры проводов и их соответствующие сечения.
Работать с этой таблицей довольно просто, особенно учитывая, что на выпускаемой продукции присутствует соответствующая маркировка. Учитывая реалии нашего времени, полезно проверить, совпадают ли фактические характеристики с заявленными.
Использование таблицы
Во-первых, советую взять таблицу с собой в магазин. Во-вторых, необходимо измерить толщину жилы провода с помощью любого из описанных выше методов. После этого измеренные значения сравниваются с данными в таблице. Если ваши результаты (с некоторой погрешностью) близки к тем, что указаны в таблице, можно с уверенностью говорить о качестве кабельной продукции.
Если значения существенно отличаются (например, на 20% и более), то это может свидетельствовать о ненадежности производителя или о том, что он экономит на материалах. Очевидно, в таких случаях стоит говорить о низком качестве изделия, и его лучше не приобретать.
Качество электрической проводки часто напрямую влияет на стоимость продукции. Более качественные провода, изготовленные с использованием технологий и в соответствии с требованиями, имеют, как правило, более высокую цену. Поэтому в данном случае, как и во многих прочих, не стоит экономить, поскольку от качества проводов и кабелей зависит наша безопасность.
При покупке провода или кабеля следует уделить внимание визуальному осмотру изоляционного покрытия. Как правило, в дешевой продукции, где сечение проводников может быть завышено, может быть и уменьшена толщина изоляционного покрытия. В такой ситуации рассчитывать на долгосрочную и надежную работу электрической проводки не стоит.
Расчет сечения гибкого кабеля по его диаметру
Принцип расчетов для гибкого кабеля по его диаметру остается тем же. Измерять диаметр всей жилы, состоящей из нескольких проволок, будет неверно, поскольку между проволоками всегда есть воздушное пространство.
Для получения сечения гибкого кабеля вычисляется сначала сечение одной из проволок в жиле. Диаметр этой проволоки можно определить, используя штангенциркуль (метод №1) или же намотав ее на линейку для удобства (метод №2). Затем, применяя формулу (как показано на рис. 2) в методе №1, находите сечение одной проволоки и умножаете его на количество проволок, чтобы получить общее сечение гибкого кабеля.
Таблица площадей сечения проводов по диаметру жилы
Чтобы не тратить время на проведение точных измерений, особенно если у вас нет необходимых инструментов, можно воспользоваться таблицей наиболее распространённых размеров проводов.
| Диаметр проводника | Сечение проводника |
|---|---|
| 0,8 мм | 0,5 мм2 |
| 0,98 мм | 0,75 мм2 |
| 1,13 мм | 1 мм2 |
| 1,38 мм | 1,5 мм2 |
| 1,6 мм | 2,0 мм2 |
| 1,78 мм | 2,5 мм2 |
| 2,26 мм | 4,0 мм2 |
| 2,76 мм | 6,0 мм2 |
| 3,57 мм | 10,0 мм2 |
| 4,51 мм | 16,0 мм2 |
| 5,64 мм | 25,0 мм2 |
Определение сечения многопроволочного кабеля
Как установить сечение кабеля по его диаметру, если он состоит из нескольких жил (типа ВБбШв 4х240 или АСБл-10 3х240) или представляет собой многопроволочный? Произвести расчет несложно, следуя нашей инструкции. Для работы необходимо на одном из участков снять изоляцию, рассоединить жилы и посчитать их количество. После измерения диаметра одной жилы по предложенной ранее формуле, определяется сечение данной жилы. Для нахождения общего сечения провода следует умножить полученное значение на количество проволочек.
При этом следует учитывать, что между токопроводящими элементами есть воздушные промежутки. Поэтому в расчетах используется коэффициент 0,91. Например, если по расчетам получилось, что общее сечение проводника равно трём квадратным миллиметрам, то результат следует умножить на этот коэффициент, чтобы получить более точное значение.
