В некоторых случаях в качестве металла для проводников и кабелей используется алюминий, но в большинстве случаев это связано с желанием снизить стоимость и вес, поскольку алюминий имеет меньший удельный вес и стоимость, но несравнимо худшие механические и химические свойства. Медь предпочитают использовать для изготовления радио-, электротехнических и электрических кабелей, поскольку алюминиевая проволока плохо поддается пайке. Еще одним преимуществом меди является ее низкое удельное сопротивление и высокая температура плавления, что обеспечивает ей высокую способность проводить ток.
Определение допустимого тока
Существует несколько критериев для выбора максимального тока, который может протекать через проводник
- Тепловое отопление,.
- Падение напряжения.
Эти параметры взаимосвязаны: если падение напряжения уменьшается за счет увеличения площади поперечного сечения проводника, то нагрев также уменьшается. В любом случае, долгосрочный номинальный ток указывает на отсутствие значительного нагрева, который мог бы привести к ухудшению изоляции, изменению свойств самого проводника или близлежащих компонентов.
Тепловой нагрев
Величина тока связана с нагревом в соответствии с законом Джоуля-Ленца, названным в честь первооткрывателя этой зависимости.
- Q — количество тепла, выделяемое проводником.
- R — сопротивление проводника, и
- I — ток через проводник, и
- t — период, за который рассчитывается выделение тепла.
Из уравнения видно, что чем выше сопротивление проводника, тем большее количество тепла выделяется проводником. На этом принципе основаны обогреватели с высокоомными нагревательными элементами. Нагреватели изготавливаются из проволоки (обычно нихромовой), которая обладает не только высоким удельным сопротивлением, но и высокой термостойкостью. Поскольку медь имеет гораздо более низкую температуру, существуют определенные условия, при которых нагрев медного проводника не превышает допустимых пределов.
Падение напряжения
Чтобы понять влияние тока на падение напряжения, необходимо вспомнить закон Ома.
Согласно закону Ома, когда ток течет по проводнику с сопротивлением R, на обоих концах проводника создается падение напряжения.
Поэтому, если сопротивление нагрузки R постоянно, больший ток в питающей линии приведет к большему падению напряжения на сопротивлении r питающего провода (U = I-r).
Именно потерянное напряжение вызывает нежелательный нагрев провода, но основная проблема заключается в том, что напряжение нагрузки снижается на эту величину. Это можно проиллюстрировать на простом примере. Предположим, что в бытовой электросети имеется медный кабель длиной 100 метров с площадью поперечного сечения 2,5 мм2 . Сопротивление этой секции составляет приблизительно 0,7 Ом. Ток нагрузки составляет 10 А, что соответствует потребляемой мощности чуть более 2 кВт. Падение напряжения на проводах составляет 7 В. В однофазных источниках питания используются два провода. Таким образом, общее напряжение падения составляет 14 В. Это довольно значительная величина, так как напряжение у потребителя будет 206 В вместо 220 В.
Чтобы определить падение напряжения на проводе
Этот пример не совсем точен. Это связано с тем, что снижение напряжения на обоих концах активной нагрузки уменьшает мощность и, следовательно, потребляемый ток. Однако такое объяснение вполне разумно, поскольку цель данной статьи не в том, чтобы заменить учебники по электротехнике. В таблице ниже приведено соотношение падения напряжения при различных значениях тока на метр кабеля для наиболее распространенных сечений.
Зависимость напряжения от поверхности сечения и скорости потока.
При расчете однофазной проводки для допустимого падения напряжения при предполагаемом токе нагрузки таблицу необходимо удвоить (используются два проводника: нейтральный и фазный). Правильное сечение перехода трубопровода не всегда можно найти в таблице, поэтому выберите наибольшее значение. Это также хорошая идея, поскольку она учитывает возможность роста потребительских сил. Запас и очень высокие сечения приводят к неоправданному увеличению стоимости материалов.
Допустимая плотность тока
Плотность меди и других материалов используется для упрощения расчета и выбора необходимого кабеля. Плотность тока выражается в амперах на квадратный миллиметр поперечного сечения.
Важно: Плотность тока определяется для площади участка перехода, а не для диаметра трубопровода. Проволока обычно характеризуется площадью поперечного сечения и диаметром намотки. Для перевода диаметров проволоки в сечения используйте тип S =π-D2/4 или воспользуйтесь таблицей для получения равного или ближайшего значения из имеющихся диаметров.
Поперечное сечение популярного намотанного провода ПЭВ-2
Поперечное сечение провода ПЭВ-2
При выборе сечения провода следует учитывать, что допустимый ток бронзового провода зависит в первую очередь от условий охлаждения. Наиболее неблагоприятными условиями являются внутренние обмотки трансформаторов напряжения, где проводка крепится на стене, так как наличие свободного доступа воздуха улучшает охлаждение греющего кабеля. Материал и толщина внешней изоляции силовых кабелей оказывает значительное влияние на тепловую индукцию.
Допустимые значения плотности мощности для бронзовых проводников, используемых в электромеханической и электрической проводке, были рассчитаны и проверены на практике и сведены в таблицу ниже.
Допустимые цены на плотность на мм² бронзовых проводников
| Трансформаторы и электрические машины | Электропроводка | ||
|---|---|---|---|
| Внутренние обмотки | Наружные обмотки | секрет | На открытом воздухе |
| 2-3 | 3-5�� | 4 А | 5 А |
Примечание: В таблице представлена только ориентировочная информация для предварительных расчетов. Более точные значения допустимых цен для различных типов кабелей и условий эксплуатации см. в нормативных документах, в частности в PUE.
Нормальные значения для сечений кабеля
Пути повышения допустимого тока
Существует несколько способов увеличения мощности с помощью бронзовых кабелей и шнуров или шнуров для снижения стоимости проектирования и веса.
- Улучшенное охлаждение с помощью перкуссии или синагоги и
- Отвод тепла путем тепловой индукции или теплоотвода, и
- Ограничение максимальной токовой нагрузки по времени.
Правильно спроектированные конфигурации обмоток и расположение трансформаторов могут эффективно устранить тепло, выделяемое при прохождении мощности. Специальные воздушные зазоры используются в силовых трансформаторах большой мощности, таких как сварочные двигатели и альтернаторные трансформаторы. Когда воздух попадает в зазор между отдельными частями обмоток, он снимает часть тепла и переносит его наружу.
Эту же цель преследует взрыв нагревательной части машины с помощью вентилятора. Это решение часто используется производителями микроволновых печей, которые устанавливают холодильники на мощных высоковольтных трансформаторах.
Пробелы.
Силовые трансформаторы на электроподстанциях погружены в воду по всему трансформатору, охлаждая обмотку трансформаторного масла. Обмотки имеют зазоры, через которые циркулирует масло.
Масло охлаждается через трубчатый охладитель, расположенный на боковой стороне корпуса трансформатора. Поскольку вся конструкция полностью закрыта, имеется расширительный бак для компенсации теплового расширения масла.
Плотность тока по сечению проводника может составлять от 7 до 10 А на мм2 для кратковременного оборудования, так как при кратковременных токовых нагрузках вся обмотка недостаточно нагревается.
Оборудование, работающее при пиковой плотности тока, должно чередовать работу под нагрузкой и отключение охлаждения.
Важно: Теплопроводность меди и теплоемкость железного сердечника двигателей переменного тока высоки. Поскольку проходящий ток нагрузки одновременно нагревает весь объем обмотки, а охлаждение происходит только с поверхности, период отключения должен быть в несколько раз дольше, чем при работе под нагрузкой, чтобы обеспечить достаточное охлаждение как обмоток, так и внешней поверхности. Оборудование внутренних частей.
Последствия превышения тока
Чрезмерно высокие токи в медных проводах могут нагреть материал до температуры плавления. Само собой разумеется, это может привести к авариям и поломкам, но в некоторых случаях это может быть полезно.
Мы говорим о страховках, которые служат не только для безопасности оператора, но и для безопасности самого оператора. В их основе лежат тонкие металлические провода, окруженные огнестойкой изоляцией. Толщина проволоки подбирается таким образом, чтобы определенное значение тока вызывало нагрев и горение проводника предохранителя. Чаще всего используются цинковые или медные плавкие вставки.
Наиболее важными требованиями к замковым соединениям являются точное соответствие по составу металла и равномерный диаметр по всей длине проводника. Состав важен для стабильности температуры расплава. Неровности вдоль проводника могут вызвать локальный перегрев в месте сужения, что может привести к срабатыванию предохранителя при токе ниже номинального. Исходя из этих условий, плавкие кабели изготавливаются с повышенным контролем и называются калиброванными.
Выполнение установленных требований к допустимому току в проводниках продлевает нормальный срок службы конструкций и электрооборудования и минимизирует риск поломок и аварий.
