Как определить длину проводника

Для ремонта старой проводки или прокладки новой нужно подобрать кабель нужного сечения, для того чтобы он выдерживал предполагаемую нагрузку.

Если старая проводка вышла из строя нужно её заменить, но прежде чем менять на аналогичную, узнайте, почему произошла проблема со старой. Возможно, что было просто механическое повреждение, или изоляция пришла в негодность, а еще более весомой проблемой является – выход из строя проводки из-за превышения допустимой нагрузки.

Чем отличается кабельная продукция, какие основные характеристики?

Начнем с того, что определяется, какое напряжение в сети, в которой будут работать кабеля. Для бытовых сетей часто применяются кабеля и провода типа ВВГ, ПУГНП (только он запрещен современными требованиями ПУЭ из-за больших допусков по сечению при производстве, до 30%, и допустимой толщине изолирующего слоя 0.3мм, против 0.4 в ПУЭ), ШВВП и другие.

Если отойти от определений провод от кабеля отличается минимально, в основном по определению в ГОСТе или ТУ по которому он производится. Ведь на рынке есть большое количество проводов с 2-3 жилами и двумя слоями изоляции, например тот же ПУГНП или ПУНП.

Допустимое напряжение определяется изоляцией кабеля

Для выбора кабеля кроме напряжения принимают во внимание и условия, в которых он будет работать, для подключения движущегося инструмента и оборудования он должен быть гибким, для подключения неподвижных элементов, в принципе, все равно, но лучше предпочесть кабель с монолитной жилой.

Решающим фактором при покупке является площадь поперечного сечения жилы, она измеряется в мм2, от неё и зависит способность проводника выдерживать длительную нагрузку.

Что влияет на допустимый ток через кабель?

Для начала обратимся к основам физики. Есть такой закон Джоуля-Ленца, он был открыт независимо друг от друга двумя ученными Джеймсом Джоулем (в 1841) и Эмилием Ленцом (в 1842), поэтому и получил двойное название. Так вот этот закон количественно описывает тепловое действие электрического тока протекающего через проводник.

Если выразить его через плотность тока получится такая формула:

Расшифровка: w – мощность выделения тепла в единице объема, вектор j – плотность тока через проводник измеряется в Амперах на мм2. Для медного провода принимают от 6 до 10 А на миллиметр площади, где 6 – рабочая плотность, а 10 кратковременная. вектор E – напряженность электрического поля. σ – проводимость среды.

Так как проводимость обратно пропорциональна сопротивлению: σ=1/R

Если выразить закон Джоуля-Ленца через количество теплоты в интегральной форме, то:

Таким образом, dQ – количество теплоты, которое выделится за промежуток времени dt в цепи, где протекает ток I, через проводник сопротивлением R.

То есть количество тепла прямо пропорционально току и сопротивлению. Чем больше ток и сопротивление – тем больше выделяется тепла. Это опасно тем, что в определенный момент количество тепла достигнет такого значения, что у проводов плавится изоляция. Вы могли замечать, что провода дешевых кипятильников ощутимо теплеют во время работы, это оно и есть.

Если выделяется мощность на кабеле, значит, падает и напряжение на его концах, подключенных к нагрузке.

В калькуляторах для расчета сечений кабеля, обычно задаются такие параметры:

ток или мощность нагрузки;

допустимое падение напряжения (обычно в процентах);

Чем больше сопротивление – тем больше упадет напряжение и нагреется кабель, поскольку на нем выделится мощность (P=UI, где U падение напряжения на кабеле, I – ток, протекающий через него).

Все расчеты свелись к току и сопротивлению. Сопротивление проводника вычисляется по формуле:

Здесь: ρ (ро) – удельное сопротивление, l – длина кабеля, S – площадь поперечного сечения.

Удельное сопротивление зависит от структуры металла, величины удельных сопротивлений можно определить из таблицы.

В проводке в основном используются алюминий и медь. У меди сопротивление 1.68*10-8 Ом*мм2/м., а у аллюминия в 1.8 раза больше чем у меди, равняется 2.82*10-8 Ом*мм2/м. Это значит, что алюминиевый провод нагреется почти в 2 раза сильнее, чем медный при одинаковом сечении и токе. Отсюда следует, что для прокладки проводки придется покупать более толстый алюминиевый провод, к тому же жилы легко повредить.

Поэтому медные провода вытеснили с домашней проводки медные, а применение аллюминия в проводке запрещено, разрешается только применение алюминиевых кабелей для монтажа очень мощных электроустановок, потребляющих большой ток, тогда используют провод из аллюминия сечением больше 16 мм2 (смотрите — Почему алюминиевый кабль нельзя использовать в электропроводке)

Как определить сопротивление провода по диаметру жилы?

Бывают случаи, когда площадь поперечного сечения жилы не известна, поэтому можно посчитать по диаметру. Для определения диаметра монолитной жилы можно использовать штангенциркуль, если его нет, то возьмите стержень, например шариковую ручку или гвоздь, намотайте плотно 10 витков провода на него, и измерьте линейкой длину получившейся спирали, разделив эту длину на 10 – вы получите диаметр жилы.

Для определения общего диаметра многопроволочной жилы, измерьте диаметр каждой жилы и умножьте на их количество.

Дальше считают поперечное сечение по этой формуле:

И вновь возвращаются к этой формуле для расчета сопротивления провода:

Как определить необходимую площадь сечения провода?

Самый простой вариант – определить площадь сечения жил по таблице. Он подходит для расчета не слишком длинных линий проложенных в нормальных условиях (с нормальной температурой окружающей среды). Также так можно подобрать провод для удлинителя. Обратите внимание, что в таблице указаны сечения при определенном токе и мощности в однофазной и трёхфазной сети для аллюминия и меди.

При расчете длинных линий (больше 10 метров) такой таблицей лучше не пользоваться. Нужно провести расчеты. Быстрее всего воспользоваться калькулятором. Алгоритм расчета такой:

Берут допустимые потери по напряжению (не более 5%), это значит что при напряжении в сети 220В и допустимым потерям напряжения в 5% на кабеле падение напряжения (от конца до конца) не должно превышать:

Теперь, зная ток, который будет протекать, мы может вычислить сопротивление кабеля. В двух проводной линии сопротивление умножают на 2, так как ток течет по двум проводам, при линии длиной в 10м, общая длина проводников – 20м.

Отсюда по вышеприведенным формулам вычисляют необходимое поперечное сечение кабеля.

Вы можете сделать это автоматически со своего смартфона, с помощью приложений «Мобильный электрик» и electroDroid. Только в калькуляторе задается не общая длина проводов, а именно длина линии от источника питания к приемнику электричества.

Заключение

Правильно рассчитанная проводка это уже 50% залог её успешного функционирования, вторая половина зависит от правильности монтажа. Следует учитывать все особенности проводки, максимальную потребляемую мощность всеми потребителями. При этом введите запас по допустимому току на 20-40% «на всякий случай».

По идее, диаметр проводников должен соответствовать заявленным параметрам. Например, если указано на маркировке, что кабель 3 x 2,5, значит сечение проводников должно быть именно 2,5 мм 2 . На деле получается, что отличаться реальный размер может на 20-30%, а иногда и больше. Чем это грозит? Перегревом или оплавлением изоляции со всеми вытекающими последствиями. Потому, перед покупкой, желательно узнать размер провода, чтобы определить его поперечное сечение. Как именно считать сечение провода по диаметру и будем выяснять дальше.

Как и чем измерить диаметр провода (проволоки)

Для измерения диаметра провода подойдет штангенциркуль или микрометр любого типа (механический или электронный). С электронными работать проще, но они есть не у всех. Измерять надо саму жилу без изоляции, потому предварительно ее отодвиньте или снимите небольшой кусок. Это можно делать, если продавец разрешит. Если нет — купите небольшой кусок для тестирования и проводите измерения на нем. На очищенном от изоляции проводнике замеряете диаметр, после чего можно определить реальное сечение провода по найденным размерам.

Измерения диаметра провода микрометром более точные, чем механическим штангенциркулем

Какой измерительный прибор в данном случае лучше? Если говорить о механических моделях, то микрометр. У него точность измерений выше. Если говорить об электронных вариантов, то для наших целей они оба дают вполне достоверные результаты.

Если нет ни штангенциркуля, ни микрометра, захватите с собой отвертку и линейку. Придется зачищать довольно приличный кусок проводника, так что без покупки тестового образца на этот раз вряд ли обойдетесь. Итак, снимаете изоляцию с куска провода 5-10 см. Наматываете проволоку на цилиндрическую часть отвертки. Витки укладываете вплотную один к другому, без зазора. Все витки должны быть полными, то есть «хвосты» провода должны торчать в одном направлении — вверх или вниз, например.

Определение диаметра провода при помощи линейки

Количество витков не важно — около 10. Можно больше или меньше, просто на 10 делить проще. Витки считаете, затем прикладываете полученную намотку к линейке, совместив начало первого витка с нулевой отметкой (как на фото). Измеряете длину участка, занятого проводом, потом его делите на количество витков. Получаете диаметр провода. Вот так все просто.

Например, посчитаем каков размер проволоки, изображенной на фото выше. Количество витков в данном случае — 11, занимают они 7,5 мм. Делим 7,5 на 11, получаем 0,68 мм. Это и будет диаметр данного провода. Далее можно искать сечение этого проводника.

Ищем сечение провода по диаметру: формула

Провода в кабеле имеют в поперечном сечении форму круга. Потому при расчетах пользуемся формулой площади круга. Ее можно найти используя радиус (половину измеренного диаметра) или диаметр (смотрите формулу).

Определяем сечение провода по диаметру: формула

Например, посчитаем площадь поперечного сечения проводника (проволоки) по размеру, рассчитанному ранее: 0,68 мм. Давайте сначала используем формулу с радиусом. Сначала находим радиус: делим диаметр на два. 0,68 мм / 2 = 0,34 мм. Далее эту цифру подставляем в формулу

S = π * R 2 = 3,14 * 0,34 2 = 0,36 мм 2

Считать надо так: сначала возводим в квадрат 0,34, потом умножаем полученное значение на 3,14. Получили сечение данного провода 0,36 квадратных миллиметров. Это очень тонкий провод, который в силовых сетях не используется.

Давайте посчитаем сечение кабеля по диаметру, используя вторую часть формулы. Должно получиться точно такое же значение. Разница может быть в тысячные доли из-за разного округления.

S = π/4 * D 2 = 3.14/4 * 0,68 2 = 0,785 * 0,4624 = 0,36 мм 2

В данном случае делим число 3,14 на четыре, потом возводим диаметр в квадрат, две полученные цифры перемножаем. Получаем аналогичное значение, как и должно быть. Теперь вы знаете, как узнать сечение кабеля по диаметру. Какая из этих формул вам удобнее, ту и используйте. Разницы нет.

Таблица соответствия диаметров проводов и их площадь сечения

Проводить расчеты в магазине или на рынке не всегда хочется или есть возможность. Чтобы не тратить время на расчеты или не ошибиться, можно воспользоваться таблицей соответствия диаметров и сечений проводов, в которой есть наиболее распространенные (нормативные) размеры. Ее можно переписать, распечатать и захватить с собой.

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

Как работать с этой таблицей? Как правило, на кабелях есть маркировка или бирка, на которой указаны его параметры. Там указывается маркировка кабеля, количество жил и их сечение. Например, ВВНГ 2х4. Нас интересуют параметры жилы а это цифры, которые стоят после знака «х». В данном случае заявлено, что есть два проводника, имеющих поперечное сечение 4 мм 2 . Вот и будем проверять, соответствует ли эта информация действительности.

Как работать с таблицей

Чтобы проверить, проводите измерение диаметра любым из описанных методов, после сверяетесь с таблицей. В ней указано, что при таком сечении в четыре квадратных миллиметра, размер провода должен быть 2,26 мм. Если измерения у вас такие же или очень близкие (погрешность измерений существует, так как приборы неидеальные), все нормально, можно данный кабель покупать.

Заявленные размеры далеко не всегда соответствуют реальным

Но намного чаще фактический диаметр проводников значительно меньше заявленного. Тогда у вас два пути: искать провод другого производителя или взять большего сечения. За него, конечно, придется переплатить, но первый вариант потребует достаточно большого промежутка времени, да и не факт, что вам удастся найти соответствующий ГОСТу кабель.

Второй вариант потребует больше денег, так как цена существенно зависит от заявленного сечения. Хотя, не факт — хороший кабель, сделанный по всем нормам, может стоит еще дороже. Это и понятно — расходы меди, а, часто, и на изоляцию, при соблюдении технологии и стандартов — значительно больше. Потому производители и хитрят, уменьшая диаметр проводов — чтобы снизить цену. Но такая экономия может обернуться бедой. Так что обязательно проводите измерения перед покупкой. Даже и проверенных поставщиков.

И еще: осмотрите и пощупайте изоляцию. Она должна быть толстой, сплошной, иметь одинаковую толщину. Если кроме изменения диаметра еще и с изоляцией проблемы — ищите кабель другого производителя. Вообще, желательно найти продукцию, отвечающую требованиям ГОСТа, а не сделанную по ТУ. В этом случае есть надежда на то, что кабель или провод буде служить долго и без проблем. Сегодня это сделать непросто, но если вы разводите проводку в доме или подключаете электричество от столба, качество очень важно. Потому, стоит, наверное, поискать.

Как определить сечение многожильного провода

Иногда проводники используются многожильные — состоящие из множества одинаковых тонких проволочек. Как посчитать сечение провода по диаметру в этом случае? Да точно также. Проводите измерения/вычисления для одной проволоки, считаете их количество в пучке, потом умножаете на это число. Вот вы и узнаете площадь поперечного сечения многожильного провода.

Сечение многожильного провода считается аналогично

Формула для расчета

Любые вычисления начинаются с формулы. Основной формулой для расчета сопротивления проводника является:

R=(ρ*l)/S

Где R – сопротивление в Омах, ρ – удельное сопротивление, l – длина в м, S – площадь поперечного сечения провода в мм 2 .

Эта формула подходит для расчета сопротивления провода по сечению и длине. Из неё следует, что в зависимости от длины изменяется сопротивление, чем длиннее – тем больше. И от площади сечения – наоборот, чем толще провод (большое сечение), тем меньше сопротивление. Однако непонятной остаётся величина, обозначенная буквой ρ (Ро).

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление – это табличная величина, для каждого металла она своя. Она нужна для расчета и зависит от кристаллической решетки металла и структуры атомов.

Из таблицы видно, что самое меньшее сопротивление у серебра, для медного кабеля оно равняется 0,017 Ом*мм 2 /м. Такая размерность говорит нам, сколько приходится Ом при сечении в 1 миллиметр квадратный и длине в 1 метр.

Кстати, серебряное покрытие используется в контактах коммутационных аппаратов, автоматических выключателей, реле и прочего. Это снижает переходное контактное сопротивление, повышает срок службы и уменьшает нагрев контактов. При этом в контактах измерительной и точной аппаратуры используют позолоченные контакты из-за того, что они слабо окисляются или вообще не окисляются.

У алюминия, который часто использовался в электропроводке раньше, сопротивление в 1,8 раза больше чем у меди, равняется 2,82*10 -8 Ом*мм 2 /м. Чем больше сопротивление проводника, тем сильнее он греется. Поэтому при одинаковом сечении алюминиевый кабель может передать меньший ток, чем медный, это и стало основной причиной почему все современные электрики используют медную электропроводку. У нихрома, который используется в нагревательных приборах оно в 100 раз больше чем у меди 1,1*10 -6 Ом*мм 2 /м.

Расчет по диаметру

На практике часто бывает так, что площадь поперечного сечения жилы не известна. Без этого значения ничего рассчитать не получится. Чтобы узнать её, нужно измерить диаметр. Если жила тонка, можно взять гвоздь или любой другой стержень, намотать на него 10 витков провода, обычной линейкой измерить длину получившейся спирали и разделить на 10, так вы узнаете диаметр.

Ну, или просто замерить штангенциркулем. Расчет сечения выполняется по формуле:

Обязательны ли расчеты?

Как мы уже сказали, сечение провода выбирают исходя из предполагаемого тока и сопротивления металла, из которого изготовлены жилы. Логика выбора заключается в следующем: сечение подбирают таким способом, чтобы сопротивление при заданной длине не приводило к значительным просадкам напряжения. Чтобы не проводить ряд расчетов, для коротких линий (до 10-20 метров) есть достаточно точные таблицы:

В этой таблице указаны типовые значения сечения медных и алюминиевых жил и номинальные токи через них. Для удобства указана мощность нагрузки, которую выдержит эта линия. Обратите внимание на разницу в токах и мощности при напряжении 380В, естественно, что это предполагается трёхфазная электросеть.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором подробно рассказывается, как рассчитать сечение проводника, а также предоставлены примеры расчетных работ:

Расчет сопротивления провода сводится к использованию пары формул, при этом вы можете скачать готовые калькуляторы из Плэй Маркета для своего смартфона, например, «Electrodroid» или «Мобильный электрик». Эти знания пригодятся для расчетов нагревательных приборов, кабельных линий, предохранителей и даже популярных на сегодняшний день спиралей для электронных сигарет.

Материалы по теме: