Как определить сечение кабеля на глаз: Как определить сечение кабеля на глаз

Содержание

Как определить сечение кабеля на глаз

Как определить сечение провода? Данный вопрос возникает очень часто. Например, Вы планируете замену электропроводки. Посчитав планируемые нагрузки, определяете требуемое сечение провода, ну скажем 2,5 квадрата (квадратных миллиметров). Далее приобретаете соответствующий провод или кабель в магазине и производите монтаж электропроводки. В процессе эксплуатации, спустя некоторое время у вас отключается автомат в щитке, питающий определенную линию электропроводки, что свидетельствует о повреждении данной линии.

Вскрыв канал, где проходит поврежденный провод, выясняется, что короткое замыкание произошло по причине расплавления изоляции проводов в результате их нагрева.

Тут отчаявшийся электрик начинает винить себя в том, что он неправильно выполнил расчеты и соответственно выбрал сечение провода ниже минимально допустимого для данной нагрузки. При повторном пересчете выясняется, что расчеты были выполнены правильно, то есть при фактической нагрузке выбранный провод не должен был греться, а в чем же тогда причина?

Причина заключается в несоответствии заявленного сечения провода фактическому.

Определяем фактическое сечение поврежденного провода – оно составляет 2,1 квадрата, что на 0,4 меньше заявленного заводом изготовителем. Вот почему грелся провод.

Зачем занижают сечение? Занижая сечение провода, производитель может сэкономить достаточно приличную сумму. На изготовление тысячи метров провода сечением 2,5 необходимо примерно 22,3 кг меди, а сечением 2,1 квадрата – 18,8 кг, в данном случае экономится 3,5 кг меди. В условиях объемного производства это довольно ощутимая сумма, особенно если жила кабеля большего сечения, например 120 квадратов.

Для того чтобы избежать негативных последствий, следует уметь определять сечение провода. Ниже приведены способы определения сечения жил.

Определение сечения провода

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:

где п=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:

где d – диаметр окружности, в данном случае жилы.

Для удобства расчета упростим формулу, разделив пи на четыре, получаем:

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).

Смотрите также ролик о том, как определить сечение провода на нашем канале YouTube ! В данном ролике более подробно описан и показан наглядно способ определения сечения при помощи карандаша и линейки:

Подписка на рассылку

Когда используется кабель многожильный, который не соответствует заявленным характеристикам, изготовлен не по ГОСТу, могут возникнуть нежелательные последствия. Причем в продаже можно встретить кабели, на маркировке и упаковке которых указаны недостоверные показатели. Заявленное сечение может не соответствовать истинной цифре. Получается, что жила кабеля, купленного с учетом конкретной нагрузки, не справляется с током, который должна пропускать.

В результате изоляция плавится. Риск возникновения аварийной ситуации, в том числе короткого замыкания, возрастает в разы. Чтобы подобного не произошло, нужно знать, как определить сечение многожильного кабеля.

Особенности расчета сечения однопроволочной (монолитной) жилы

Итак, вы приобрели кабель с однопроволочной жилой и решили замерить его сечение. Чтобы это стало возможно, для начала необходимо обзавестись штангенциркулем, калькулятором, стриппером для снятия изоляции и канцелярским ножиком. Установите сечение по диаметру кабеля. Для этого сделайте следующее:

• Снимите изоляцию с кабеля.
• Измерьте диаметр жилы (при помощи штангенциркуля).
• Вспомните школьную геометрию, а именно формулу, которая позволяет рассчитать площадь круга (токопроводящией жилы круглой формы):

S = π r2, где π = 3,14, а r — это радиус жилы.

Благодаря штангенциркулю можно узнать только диаметр, а требуется — радиус. Следует видоизменить формулу. Известно, что радиус составляет половину диаметра. Формула будет выглядеть так:

S = (π d2)/4, где d — диаметр жилы.

Для сокращения формулы можно поделить число π на 4. Получится стандартная формула для расчета сечения жилы по диаметру:

Произведем расчет на примере кабеля ВВГ-П 2х1,5, у которого диаметр жил при измерении штангенциркулем равен 1,35 мм. Подставляем значение в формулу:

S = 0,785*1,352 = 1,43 мм²

Из расчетов видно, что фактическое сечение жилы на 4,7 % меньше заявленного, что является допустимым занижением.

Выполнить расчет однопроволочного проводника, как показывает практика, несложно. Главное — быть внимательным и не перепутать диаметр с радиусом и наоборот.

Тонкости расчета сечения многопроволочной жилы

Не все кабели имеют однопроволочные жилы, и в таких случаях возникает вопрос: как определить сечение многожильного кабеля с многопроволочными жилами?

Осведомленность в вопросе о том, как замерить сечение многожильного кабеля, позволит быть уверенными в безопасности и надежности использования изделия. Здесь также все предельно понятно. Площадь сечения многожильного кабеля с многопроволочными жилами нужно измерять, отталкиваясь от площади одной проволоки из жил. Действуйте в следующем порядке:

1. Возьмите кабель и снимите с него оболочку и изоляцию с одной из жил.
2. Распушите жилу и пересчитайте все проволоки.
3. Произведите замер диаметра одной из проволок, из которых состоит жила.
4. Воспользуйтесь указанной выше формулой для расчета однопроволочной жилы. Это позволит вам узнать площадь одной проволоки.
5. Полученное значение умножьте на общее число жил.

Например, у вас есть кабель КГВВнг(A) 5х1,5. Зачистив, распушив жилу, замерив микрометром одну из проволок, а также посчитав количество проволок, получим следующие данные:

• Количество проволок — 28 шт.
• Диаметр одной проволоки — 0,26 мм

Для начала высчитаем сечение одной проволоки:

S = 0,785*0,262 = 0,053 мм²

Теперь полученное значение необходимо умножить на количество проволок в жиле — и получим сечение 1,378 мм²

Однако при расчете сечения многопроволочных жил необходимо также учитывать коэффициент укрутки проволок, который будет равен 1,053 для кабелей с многопроволочными жилами класса 5. В итоге получаем сечение жилы равное 1,45 мм² — фактическое сечение жилы также меньше заявленного на 3,3 %, что является допустимым.

Расчет сечения одножильного и многожильного кабеля может осуществить каждый желающий. Для этого необходимо лишь воспользоваться указанными выше формулами. Зная, как замерить сечение многожильного кабеля, удастся правильно выбрать изделие, и в итоге не возникнет никаких проблем. Поэтому перед проведением тех или иных манипуляций, связанных с использованием кабеля, обязательно производите данный расчет.

Компания «Кабель.РФ ® » является одним из лидеров по продаже кабельной продукции и располагает складами, расположенными практически во всех регионах Российской Федерации. Проконсультировавшись со специалистами компании, вы можете приобрести нужную вам марку многожильного кабеля по выгодным ценам.

Каждый из нас хоть раз в жизни прошел через ремонт. В процессе ремонта приходится делать монтаж и замену электропроводки, ведь она приходит в негодность при длительной эксплуатации. К сожалению, на рынке сегодня можно встретить очень много некачественной кабельно-проводниковой продукции. За счет различных способов удешевления товара страдает его качество. Заводы-изготовители занижают толщину изоляции и сечение кабеля в процессе производства.

Один из способов удешевления − использование для изготовления токопроводящей жилы материалов низкого качества. Некоторые производители добавляют дешевые примеси при изготовлении проводов. За счет этого токопроводность провода снижается, а, значит, качество продукции оставляет желать лучшего.

Кроме того, заявленные характеристики проводов (кабелей) уменьшаются из-за заниженного сечения. Все уловки изготовителя приводят к тому, что в продаже появляется все больше некачественной продукции. Поэтому стоит отдавать предпочтение той кабельной продукции, которая имеет подтверждение качества в виде сертификатов.

Цена качественного кабеля – это единственный, и, пожалуй, главный недостаток, который перечеркивает массу достоинств этого изделия. Медное кабельно-проводниковое изделие, которое выпущено по ГОСТу, имеет заявленное сечение проводника, требуемые по ГОСТу состав и толщину оболочки и медной жилы, произведено с соблюдением всех технологий, будет стоить дороже той продукции, которая выпускалась в кустарных условиях. Как правило, в последнем варианте можно найти массу недостатков: заниженное сечение в 1,3-1,5 раза, придание жилам цвета за счет стальки с добавлением меди.

Покупатели опираются на цену при выборе товара. На поиске низкой цены сконцентрировано основное внимание. И многие из нас даже не в силах назвать производителя, не говоря уже о качестве кабеля. Нам важнее, что мы нашли кабель с нужной маркировкой, например, ВВГп3х1,5, а качество изделия нас не интересует.

Поэтому чтобы не попасть на брак в данной статье рассмотрим несколько способов, как можно определить сечение кабеля по диаметру жилы. В сегодняшнем мануале я покажу, как такие расчеты можно произвести и с помощью высокоточных измерительных инструментов, так и без них.

Проводим расчет сечения провода по диаметру

В последнее десятилетие особенно заметно снизилось качество выпускаемой кабельной продукции. Больше всего страдает сопротивление – сечения провода. На форуме я часто замечал, что народ недоволен подобными изменениями. И продолжаться это будет до тех пор, пока на это наглое воровство изготовителя не начнут реагировать.

Со мной произошел аналогичный случай. Мною было куплено метра два провода маркировки ВВГнг 3х2,5 кв. миллиметра. Первое что мне бросилось в глаза, это очень тонкий диаметр. Я подумал, что, скорее всего, мне подсунули провод меньшего сечения. Еще больше удивился, когда увидел надпись на изоляции ВВГнг 3х2.5 кв.мм.

Опытному электрику, ежедневно сталкивающемуся с проводами, легко определить «на глаз» сечение кабеля или провода. Но порой даже профессионал делает это с трудом, не говоря уже о новичках. Сделать расчет сечения провода по диаметру – это важная задача, которую нужно решить прямо в магазине. Поверьте, эта минимальная проверка обойдется вам дешевле и проще, чем восстановление ущерба от возгорания, которое может возникнуть из-за короткого замыкания.

Вы наверное спросите зачем необходимо проводить расчет сечения кабеля по диаметру? Ведь в магазине любой продавец подскажет, какой провод вы должны купить под вашу нагрузку, тем более на проводах есть надписи, на которых указано количество жил и сечение. Что тут сложного рассчитал нагрузку, купил провод, сделал электромонтаж. Однако не все так просто.

Порой на бухте провода или кабеля и вовсе нет бирки, на которой указаны технические характеристики. Скорее всего, эта та ситуация, о которой я рассказывал выше, − несоответствие проводниковой и кабельной продукции требованиям современных ГОСТов.

Чтобы никогда не становиться жертвой обмана, настоятельно рекомендую вам научиться определять сечение провода по диаметру самостоятельно.

Заниженное сечение провода – в чем опасность?

Итак, рассмотрим опасности, которые поджидают нас при использовании в быту проводов низкого качества. Понятно, что токовые характеристики токоведущих жил снижаются прямо пропорционально уменьшению их сечения. Нагрузочная способность провода из-за заниженного сечения падает. Согласно стандартам рассчитан ток, который может пропустить через себя провод. Он не разрушится, если по нему пройдет меньший ток.

Сопротивление между жилами уменьшается, если слой изоляции более тонкий, чем требуется. Тогда в аварийной ситуации при повышении питающего напряжения в изоляции может возникнуть пробой. Если наряду с этим сама жила имеет заниженное сечение, то есть не может пропустить тот ток, который по стандартам она должна пропускать, тонкая изоляция начинает постепенно расплавляться. Все эти факторы неизбежно приведут к короткому замыканию, а потом и к пожару. Пожар возникает от искр, появляющихся в момент короткого замыкания.

Приведу пример: трехжильный медный провод (например, сечением 2,5 кв. мм.) согласно нормативной документации может длительно пропускать через себя 27А, обычно, считают 25А.

Но попадающиеся мне в руки провода, выпущенные согласно ТУ, на самом деле имеют сечение от 1,8 кв. мм. до 2 кв. мм. (это при заявленном 2.5 кв.мм.). Исходя из нормативной документации провод сечением 2 кв. мм. может длительно пропускать ток 19А.

Поэтому случись такая ситуация, что по выбранному вами проводу, который якобы имеет сечение 2,5 кв. мм., потечет рассчитанный на такое сечение ток, провод перегреется. А при длительном воздействии произойдет оплавление изоляции, затем и короткое замыкание. Контактные соединения (например, в розетке) очень быстро разрушаться, если такие перегрузки будут происходить регулярно. Поэтому сама розетка, а также вилки бытовых приборов также могут подвергнуться оплавлению.

А теперь представьте последствия всего этого! Особенно обидно, когда сделан красивый ремонт, установлена новая техника, например, кондиционер, электрический духовой шкаф, варочная панель, стиральная машинка, электрический чайник, микроволновка. И вот вы поставили печься булочки в духовку, запустили стиральную машину, включили чайник, да еще и кондиционер, так как стало жарко. Этих включенных приборов достаточно, чтобы пошел дым из распределительных коробок и розеток.

Потом вы услышите хлопок, который сопровождается вспышкой. А после этого пропадет электричество. Все еще хорошо закончится, если у вас имеются защитные автоматы. А если они низкого качества? Тогда хлопком и вспышкой вы не отделаетесь. Начнется пожар, который сопровождается искрами от проводки, горящей в стене. Проводка будет гореть в любом случае, даже если она замурована наглухо под плиткой.

Описанная мной картина дает ясно понять, насколько ответственно нужно выбирать провода. Ведь вы будете использовать их в своем жилище. Вот что значит, следовать не ГОСТам, а ТУ.

Формула сечения провода по диаметру

Итак, хотелось бы подвести итог всему вышесказанному. Если среди вас есть те, кто не читал статью до этого абзаца, а просто перепрыгнул, повторюсь. На кабельной и проводниковой продукции зачастую отсутствует информация о нормах, согласно которым она изготавливалась. Поинтересуйтесь у продавца, по ГОСТ или по ТУ. Продавцы порой и сами не могут ответить на этот вопрос.

Можно смело утверждать, что провода, изготовленные по ТУ, в 99,9 % случаев имеют не только заниженное сечение токоведущих жил (на 10−30%), но и меньший допустимый ток. Также в таких изделиях вы обнаружите тонкую внешнюю и внутреннюю изоляцию.

Если вы обошли все магазины, а проводов, выпущенных по ГОСТ, так и не нашли, то берите провод с запасом +1 (если он выпущен по ТУ). Например, вам нужен провод 1,5 кв. мм., тогда следует брать 2,5 кв. мм. (выпущенный то ТУ). На практике его сечение окажется равным 1,7-2,1 кв. мм.

Благодаря запасу сечения обеспечится запас по току, то есть нагрузка может быть немного превышена. Тем лучше для вас. Если же вам нужен провод сечением 2,5 кв. мм., то возьмите с сечением 4 кв. мм., так как его реальное сечение будет равно 3 кв.мм.

Итак вернемся к нашему вопросу. Проводник имеет поперечное сечение в виде круга. Наверняка, вы помните, что в геометрии площадь круга рассчитывается по конкретной формуле. В эту формулу достаточно подставить полученное значение диаметра. Сделав все расчеты, вы получите сечение провода.

  • π – это константа в математике равная 3.14;
  • R – радиус круга;
  • D – диаметр круга.

Это и есть формула для расчета сечения провода по диаметру, которую многие почему то боятся. К примеру, вы провели измерения диаметра жилы и получили значение 1,8 мм. Подставив это число в формулу, получим следующее выражение: (3.14/4)*(1.8)2=2,54 кв. мм. Значит, провод, диаметр жилы которого вы измеряли, имеет сечение 2,5 кв.мм.

Расчет монолитной жилы

Когда вы идете в магазин за проводом, возьмите с собой микрометр или штангенциркуль. Последний более распространен в качестве измерительного прибора сечения провода.

Скажу сразу расчет сечения кабеля по диаметру в данной статье я буду выполнять для кабеля ВВГнг 3*2.5 мм2 трех разных фирм производителей. То есть суть всей работы будет разбита на три этапа (это только для монолитного провода). Посмотрим что получится.

Чтобы узнать сечение провода (кабеля), состоящего из одной проволоки (монолитная жила), необходимо взять обычный штангенциркуль или микрометр и сделать замер диаметра жилы провода (без изоляции).

Для этого нужно предварительно очистить небольшой участок измеряемого провода от изоляции, а потом уже приступить к измерению токоведущей жилы. Другими словами, берем одну жилу и снимаем изоляцию, а затем измеряем диаметр этой жилы штангенциркулем.

Пример №1. Кабель ВВГ-Пнг 3*2.5 мм2 (производитель неизвестен). Общее впечатление – сечение показалось сразу маловато, поэтому и взял для опыта.

Снимаем изоляцию, меряем штангенциркулем. У меня получилось диаметр жилы равен 1.5 мм. (маловато однако).

Теперь возвращаемся к нашей вышеописанной формуле и подставляем в нее полученные данные.

Получается фактическое сечение составляет 1.76 мм2 вместо заявленного 2.5 мм2.

Пример №2. Кабель ВВГ-Пнг 3*2. 5 мм2 (производитель «Азовкабель»). Общее впечатление – сечение вроде бы нормальное, изоляция тоже хорошая, плотная с виду не экономили на материалах.

Делаем все аналогично, снимаем изоляцию, меряем, получаем следующие цифры: диаметр – 1.7 мм.

Подставляем в нашу формулу для расчета сечения по диаметру, получаем:

Фактическое сечение составляет 2.26 мм2.

Пример №3. Итак остался последний пример кабель ВВГ-Пнг 3*2.5 мм2 производитель неизвестен. Общее впечатление – сечение также показалось заниженным, изоляция вообще голыми руками снимается (прочности ни какой).

В этот раз диаметр жилы составил 1.6 мм.

Фактическое сечение составляет 2.00 мм2.

Также хотелось бы добавить в сегодняшний мануал как определить сечение провода по диаметру при помощи штангенциркуля еще один пример, кабель ВВГ 2*1.5 (как раз завалялся кусок). Просто захотелось сравнить, сечения 1.5-го формата тоже занижают.

Проделываем все тоже самое: снимаем изоляцию, берем штангенциркуль. Получилось диаметр жилы 1.2 мм.

Фактическое сечение составляет 1.13 мм2 (вместо заявленных 1.5 мм2).

Расчет без штангенциркуля

Этот способ расчета применяется для нахождения сечения провода с одной жилой. При этом измерительные инструменты не используются. Бесспорно, применение штангенциркуля или микрометра для этих целей считается самым оптимальным. Но ведь эти инструменты не всегда есть в наличии.

В таком случае найдите предмет цилиндрической формы. Например, обычную отвертку. Берем любую жилу в кабеле, длина произвольная. Снимаем изоляцию, чтобы жила была полностью чистой. Наматываем оголенную жилу провода на отвертку или же карандаш. Измерение будет тем точнее, чем больше витков вы сделаете.

Все витки должны располагаться как можно более плотно друг к другу, чтобы не было зазоров. Подсчитываем, сколько витков получилось. Я насчитал 16 витков. Теперь нужно измерять длину намотки. У меня получилось 25 мм. Делим длину намотки на число витков.

  1. L – длина намотки, мм;
  2. N – количество полных витков;
  3. D – диаметр жилы.

Полученное значение является диаметром провода. Для нахождения сечения пользуемся выше описанной формулой. D = 25/16 = 1.56 мм2. S = (3.14/4)*(1.56)2 = 1.91 мм2. Получается при измерении штангенциркулем сечение составляет 1.76 мм2, а при измерении линейкой 1.91 мм2 – ну погрешность есть погрешность.

Как определить сечение многожильного провода

В основе расчета лежит тот же принцип. Но если вы будете измерять диаметр сразу всех проволочек, из которых состоит жила, то рассчитаете сечение неправильно, ведь между проволочками есть воздушный зазор.

Поэтому сначала нужно распушить жилу провода (кабеля) и посчитать количество проволочек. Теперь по вышеописанному способу необходимо измерять диаметр одной жилки.

К примеру, у нас есть провод, состоящий из 27 жилок. Зная, что диаметр одной жилки составляет 0,2 мм, мы можем определить сечение этой жилки, используя все то же выражение для расчета площади круга. Полученное значение необходимо умножить на количество жилок в пучке. Так можно узнать сечение всего многожильного провода.

В качестве многожильного провода ПВС 3*1.5. В одном проводе 27 отдельных жилок. Берем штангенциркуль меряем диаметр, у меня получилось диаметр составляет 0.2 мм.

Теперь нужно определить поперечное сечение этой жилки, для этого используем все туже формулу. S1 = (3.14/4)*(0.2)2 = 0.0314 мм2 – это сечение одной жилки. Теперь умножаем это число на количество жил в проводе: S = 0.0314*27= 0.85 мм2.

Как определить сечение кабеля?

 

Зачем это нужно? Определение сечения кабеля, нередко бывает востребовано при отсутствии бирки или маркировки на его изоляции. Наверняка, найдутся читатели, полагающие, что любой опытный электрик со 100%-ной точностью способен определить его «на глаз».

К сожалению, многие образцы современного рынка кабельно-проводниковой продукции далеко не всегда соответствуют заявленным характеристикам производителей. Так, один раз, пришлось быть свидетелем спора двух опытных электриков по поводу сечения медного кабеля марки ВВГ.

Один из них утверждал, что сечение жил 4 мм2, другой был уверен, что 2,5 мм2. Измерение и расчёт показали, что в действительности оно составляет «золотую середину» — 3,3 мм2. Стоит заметить, что «подозрительный» кабель был поставлен в специализированный магазин как 4 мм2, отнюдь не «гаражно-подвальным» производством.

Вряд ли, стоит напоминать о возможных последствиях использования кабелей меньшего, чем это необходимо сечения. Кроме того, совсем, не последнее значение имеет и переплата; сечение любого кабеля не может не влиять на его стоимость.

Способ определения сечения. Оно рассчитывается по, довольно, простой формуле:

S = 0, 785 d2,

где d – диаметр жилы. Как видно из формулы, для расчёта потребуется узнать лишь диаметр жил.

Для наиболее точного определения последнего, конечно, предпочтительней всего воспользоваться микрометром, однако, достаточно точный результат даст и измерение диаметра штангенциркулем. Учитывая, что, немногие имеют упомянутые инструменты, ниже предлагается более доступный способ определения диаметра жил:

Потребуется любой предмет, на который может быть легко намотан провод (разумеется, с предварительно удалённой изоляцией). Небольшое сечение провода на фото (2,5 мм2), позволяет использовать обычный карандаш. Для б́́ольших сечений, рекомендуется использовать предметы прочнее.

Количество наматываемых витков произвольно, однако, для большей точности измерения, их стоит сделать побольше. Очень важно, чтобы жила была намотана виток к витку, избегая зазоров между ними и намотки внавалку.

После, посчитав витки и, измерив длину получившейся обмотки, разделить её на количество витков. Получившийся результат и есть искомый диаметр этой жилы d.

Далее, подставив в приведённую выше формулу (S = 0, 785 d2) значение d, с помощью простых математических действий, будет несложно определить интересующее сечение кабеля.

3 способа, таблицы и соответствие параметров

Для правильного подбора кабеля при выполнении электротехнических работ важно учесть параметры, на которые рассчитана продукция. Основной критерий, учитываемый при выборе провода – площадь поперечного сечения. Рассмотрим возможные способы определения сечения провода и характер зависимости параметров кабеля от данной величины.

Способы определения сечения провода

Опытному электрику не составит труда определить сечение кабеля просто на глаз. Но для человека, у которого нет соответствующих навыков, вычисление указанной величины может стать настоящей проблемой.

На самом деле сечение провода можно определить с использованием нескольких способов, не представляющих сложности даже при отсутствии соответствующей подготовки.

Проще всего обратить внимание на маркировку кабельно-проводниковой продукции, нанесённую снаружи на изоляционное покрытие и повторяющуюся, с определённой периодичностью.

Также о данной величине можно узнать у продавца. Но если сечение не указано, или речь идёт о старом проводе, о характеристиках которого никакой информации нет, указанное значение можно узнать, воспользовавшись способами, указанными ниже. Для начала нужно узнать диметр.

При помощи приборов

Приборы с помощью которых можно измерить сечение:

  • штангенциркуль,
  • микрометром.

Думаю все могут пользоваться этими приборами, ниже в видео рассказано как применять микрометр:

Метод наматывания

Если в наборе домашних инструментов эти приборы отсутствуют, площадь сечения можно подсчитать, воспользовавшись альтернативным методом, при котором достаточно линейки и карандаша (или любого другого стержня).

Жила, очищенная от изоляции по длине до 500 мм, наматывается на карандаш, при плотном прилегании витков. Для вычисления сечения потребуется измерение следующих величин:

  • общей длины намотанного участка в мм;
  • количества витков.

Для определения диаметра жилы достаточно разделить полученную длину на число витков.

Чтобы вычислить площадь сечения, осталось полученный результат подставить в формулу, указанную ниже.

Определение сечение методом расчёта по диаметру

Этот метод основан на начальном курсе геометрии, не связанный со сложными вычислениями. Для определения исходных показателей, необходимых при выполнении расчёта, следует воспользоваться штангенциркулем. С помощью этого инструмента измеряется значение диаметра жилы, очищенной от изоляционного покрытия.

Расчёт производится по следующей формуле, применяющейся для определения площади круга:

S = πR², в которой

  • π – постоянная величина, равная 3,14 в ближайшем округлении;
  • R – радиус сечения провода, определяется делением полученного значения диаметра на 2.

Если в указанную формулу, вместо радиуса, вставить диаметр, получим следующее:

S = (πD²)/4,

где D – значение диаметра жилы.

Преобразовав указанную формулу, после разделения числовых величин, получим следующее соотношение:

S = 0,785D².

Подставив измеренную величину диаметра, получим значение площади поперечного сечения провода. Учитывая округлённую величину π, ответ получится с определённой погрешностью, но точность вычисления вполне достаточна для поставленных задач.

Как определить соответствие параметров

Зная значение площади поперечного сечения, не составит труда подобрать необходимый кабель, исходя из параметров нагрузки и силы тока. Кроме сечения, необходимо выбор производится с учётом следующих особенностей:

  • материала – выпускается кабельно-проводниковая продукция с применением меди и алюминия. Первый материал отличается лучшей проводимостью и долговечность, практичнее в монтаже. Алюминиевая продукция легче и дороже, но прослужит меньше. Возможен вариант выбора кабеля из алюмомеди – композитного материала, сочетающего использование меди с алюминием. Такой кабель стоит ещё дешевле, но уступает указанным выше по всем характеристикам;
  • числу проволочек в жилах – кабель может быть выполнен из одной цельной проволоки или скручен из жгута тонких нитей. С возрастанием количества проволочек увеличивается гибкость провода, что значительно облегчает монтаж. Однопроволочный кабель применяется в ситуациях, когда необходимо удерживать заданную форму – в распределительных щитах и пр.;
  • материалу изоляционного покрытия – определяет условия эксплуатации провода и степень защищённости от стороннего воздействия различных агрессивных факторов.

При выборе медного кабеля, необходимо руководствоваться критериями, указанными в следующей таблице:

Более детальные характеристики по току и мощности указаны в такой таблице:

При выборе алюминиевого кабеля необходимо пользоваться следующей таблицей:

Мощность оборудования, которое предстоит подключать к указанной линии, определяется по паспортным данным или маркировке, нанесённой на корпус.

Если документация изготовителя отсутствует, мощность можно подсчитать после замера амперметром фактической силы тока. Умножив полученное значение на величину напряжения, получим фактическую нагрузку по мощности.

Для определения суммарной нагрузки на провод, необходимо сложить мощность всех потребителей, подключаемых к линии. Необходимо учитывать максимально возможное значение нагрузки, которое получается при одновременном включении всех бытовых приборов, чтобы выбранный кабель обладал необходимым запасом по мощности.

Кроме расчётных характеристик, качество кабельно-проводниковой продукции может подтверждаться следующими обстоятельствами:

  • сертификатом качества – документом, который предоставляется изготовителем и указывает на соответствие изделия государственным стандартам. Сертификат также подтверждает прохождение кабелем предусмотренных технологией и нормативами испытаний;
  • ценой – кабель надлежащего качества обладает соответствующей стоимостью. Если покупателю предлагают дешёвый товар, стоит задуматься о причинах его низкой цены;
  • цветом материала жилы (на срезе) – по цветовому оттенку можно определить, из какого металла она изготовлена. Многие изготовители экономят, представляя вместо медной продукции алюмомедную, характеризующейся низким качеством.

Правильно рассчитав площадь поперечного сечения провода, домашний мастер сможет подобрать продукцию, исходя из условий предстоящей эксплуатации и характеристик подключаемого оборудования. При знании методики, расчёт сечения не представляет особенных сложностей.

Как определить сечение провода или жил кабеля?

При ремонте и проектировании электрооборудования появляется необходимость правильно выбирать провода. Можно воспользоваться специальным калькулятором или справочником. Но для этого необходимо знать параметры нагрузки и особенности прокладки кабеля.

Блок: 1/6 | Кол-во символов: 248
Источник: https://odinelectric.ru/wiring/kak-rasschitat-neobhodimoe-sechenie-provoda-po-moshhnosti-nagruzki

Проводим расчет сечения провода по диаметру

В последнее десятилетие особенно заметно снизилось качество выпускаемой кабельной продукции. Больше всего страдает сопротивление — сечения провода. На форуме я часто замечал, что народ недоволен подобными изменениями. И продолжаться это будет до тех пор, пока на это наглое воровство изготовителя не начнут реагировать.

Со мной произошел аналогичный случай. Мною было куплено метра два провода маркировки ВВГнг 3х2,5 кв. миллиметра. Первое что мне бросилось в глаза, это очень тонкий диаметр. Я подумал, что, скорее всего, мне подсунули провод меньшего сечения. Еще больше удивился, когда увидел надпись на изоляции ВВГнг 3х2.5 кв.мм.

Опытному электрику, ежедневно сталкивающемуся с проводами, легко определить «на глаз» сечение кабеля или провода. Но порой даже профессионал делает это с трудом, не говоря уже о новичках. Сделать расчет сечения провода по диаметру – это важная задача, которую нужно решить прямо в магазине. Поверьте, эта минимальная проверка обойдется вам дешевле и проще, чем восстановление ущерба от возгорания, которое может возникнуть из-за короткого замыкания.

Вы наверное спросите зачем необходимо проводить расчет сечения кабеля по диаметру? Ведь в магазине любой продавец подскажет, какой провод вы должны купить под вашу нагрузку, тем более на проводах есть надписи, на которых указано количество жил и сечение. Что тут сложного рассчитал нагрузку, купил провод, сделал электромонтаж. Однако не все так просто.

Порой на бухте провода или кабеля и вовсе нет бирки, на которой указаны технические характеристики. Скорее всего, эта та ситуация, о которой я рассказывал выше, − несоответствие проводниковой и кабельной продукции требованиям современных ГОСТов.

Чтобы никогда не становиться жертвой обмана, настоятельно рекомендую вам научиться определять сечение провода по диаметру самостоятельно.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1876
Источник: https://electricvdome.ru/montaj-electroprivodki/sechenie-kabelya-po-diametru.html

Почему возникает несоответствие?

Несмотря на то, что в условиях современной конкуренции производители всеми силами стремятся не упустить своих клиентов, некоторые из них берутся за надувательство. Для этого они экономят металл за счет уменьшения диаметра. Достаточно убрать всего лишь пару квадратных миллиметров, и на сотнях километров кабеля это  окупиться значительным снижением себестоимости.

А потом и покупателю цену снизят, и сами останутся довольными. Но вот потребитель, в конечном итоге, подводит себя под угрозу из-за того, что сопротивление проводника гораздо ниже заявленного. И в месте прокладки такого провода возникает вероятность возгорания.

Блок: 2/6 | Кол-во символов: 659
Источник: https://www.asutpp.ru/kak-opredelit-sechenie-provoda-ili-zhil-kabelya.html

Выбираем по мощности

Перед выбором сечения кабеля по мощности надо рассчитать ее суммарное значение, составить перечень электроприборов, находящихся на территории, к которой прокладывают кабель. На каждом из устройств должна быть указана мощность, возле нее будут написаны соответствующие единицы измерения: Вт или кВт (1 кВт = 1000 Вт). Затем потребуется сложить мощности всего оборудования и получится суммарная.

Если же выбирается кабель для подключения одного прибора, то достаточно информации только о его энергопотреблении. Можно подобрать сечения провода по мощности в таблицах ПУЭ.

Таблица1. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с медными жилами

Таблица2. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с алюминиевыми жилами

Кроме того, надо знать напряжение сети: трехфазной соответствует 380 В, а однофазной – 220 В.

В ПУЭ дана информация и для алюминиевых, и для медных проводов. У обоих есть свои преимущества и недостатки. Достоинства медных проводов:

  • высокая прочность;
  • упругость;
  • стойкость к окислению;
  • электропроводность больше, чем у алюминия.

Недостаток медных проводников – высокая стоимость. В советских домах использовалась при постройке алюминиевая электропроводка. Поэтому если происходит частичная замена, то целесообразно поставить алюминиевые провода. Исключение составляют только те случаи, когда вместо всей старой проводки (до распределительного щита) устанавливается новая. Тогда есть смысл применять медь. Недопустимо, чтобы медь с алюминием контактировали напрямую, т. к. это приводит к окислению. Поэтому для их соединения используют третий металл.

Можно самостоятельно произвести расчет сечения провода по мощности для трехфазной цепи. Для этого надо воспользоваться формулой: I=P/(U*1.73), где P – мощность, Вт; U – напряжение, В; I – ток, А. Затем из справочной таблицы выбирается сечение кабеля в зависимости от рассчитанного тока. Если же там не будет необходимого значение, тогда выбирается ближайшее, которое превышает расчетное.

Блок: 3/6 | Кол-во символов: 1965
Источник: https://odinelectric.ru/wiring/kak-rasschitat-neobhodimoe-sechenie-provoda-po-moshhnosti-nagruzki

Заниженное сечение провода — в чем опасность?

Итак, рассмотрим опасности, которые поджидают нас при использовании в быту проводов низкого качества. Понятно, что токовые характеристики токоведущих жил снижаются прямо пропорционально уменьшению их сечения. Нагрузочная способность провода из-за заниженного сечения падает. Согласно стандартам рассчитан ток, который может пропустить через себя провод. Он не разрушится, если по нему пройдет меньший ток.

Сопротивление между жилами уменьшается, если слой изоляции более тонкий, чем требуется. Тогда в аварийной ситуации при повышении питающего напряжения в изоляции может возникнуть пробой. Если наряду с этим сама жила имеет заниженное сечение, то есть не может пропустить тот ток, который по стандартам она должна пропускать, тонкая изоляция начинает постепенно расплавляться. Все эти факторы неизбежно приведут к короткому замыканию, а потом и к пожару. Пожар возникает от искр, появляющихся в момент короткого замыкания.

Приведу пример: трехжильный медный провод (например, сечением 2,5 кв. мм.) согласно нормативной документации может длительно пропускать через себя 27А, обычно, считают 25А.

Но попадающиеся мне в руки провода, выпущенные согласно ТУ, на самом деле имеют сечение от 1,8 кв. мм. до 2 кв. мм. (это при заявленном 2.5 кв.мм.). Исходя из нормативной документации провод сечением 2 кв. мм. может длительно пропускать ток 19А.

Поэтому случись такая ситуация, что по выбранному вами проводу, который якобы имеет сечение 2,5 кв. мм., потечет рассчитанный на такое сечение ток, провод перегреется. А при длительном воздействии произойдет оплавление изоляции, затем и короткое замыкание. Контактные соединения (например, в розетке) очень быстро разрушаться, если такие перегрузки будут происходить регулярно. Поэтому сама розетка, а также вилки бытовых приборов также могут подвергнуться оплавлению.

А теперь представьте последствия всего этого! Особенно обидно, когда сделан красивый ремонт, установлена новая техника, например, кондиционер, электрический духовой шкаф, варочная панель, стиральная машинка, электрический чайник, микроволновка. И вот вы поставили печься булочки в духовку, запустили стиральную машину, включили чайник, да еще и кондиционер, так как стало жарко. Этих включенных приборов достаточно, чтобы пошел дым из распределительных коробок и розеток.

Потом вы услышите хлопок, который сопровождается вспышкой. А после этого пропадет электричество. Все еще хорошо закончится, если у вас имеются защитные автоматы. А если они низкого качества? Тогда хлопком и вспышкой вы не отделаетесь. Начнется пожар, который сопровождается искрами от проводки, горящей в стене. Проводка будет гореть в любом случае, даже если она замурована наглухо под плиткой.

Описанная мной картина дает ясно понять, насколько ответственно нужно выбирать провода. Ведь вы будете использовать их в своем жилище. Вот что значит, следовать не ГОСТам, а ТУ.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 2915
Источник: https://electricvdome.ru/montaj-electroprivodki/sechenie-kabelya-po-diametru.html

Как рассчитать по току

Величина тока, проходящего через проводник, зависит от длины, ширины, удельного сопротивления последнего и от температуры. При нагревании электрический ток уменьшается. Справочная информация указывается для комнатной температуры (18°С). Для выбора сечения кабеля по току используют таблицы ПУЭ.

Таблица3. Электрический ток для медных проводов и шнуров с резиновой и ПВХ-изоляцией

Для расчета алюминиевых проводов применяют таблицу.

Таблица4. Электрический ток для алюминиевых проводов и шнуров с резиновой и ПВХ-изоляцией

Кроме электрического тока, понадобится выбрать материал проводника и напряжение.

Для примерного расчета сечения кабеля по току его надо разделить на 10. Если в таблице не будет полученного сечения, тогда необходимо взять ближайшую большую величину. Это правило подходит только для тех случаев, когда максимально допустимый ток для медных проводов не превышает 40 А. Для диапазона от 40 до 80 А ток надо делить на 8. Если устанавливают алюминиевые кабели, то надо делить на 6. Это объясняется тем, что для обеспечения одинаковых нагрузок толщина алюминиевого проводника больше, чем медного.

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 1131
Источник: https://odinelectric. ru/wiring/kak-rasschitat-neobhodimoe-sechenie-provoda-po-moshhnosti-nagruzki

Советы от электрика

Если вы подбираете провод или кабель ВВГНГ для того, чтобы запитать электрическую сеть, обратите внимание на следующие моменты:

  • Посмотрите на цвет медного и алюминиевого провода, так как изготовитель мог сэкономить и использовать сплав, что значительно увеличивает электрическое сопротивление и не позволяет использовать допустимые нагрузки по сечению.
  • Насколько бы тонкой изоляцией не обладал гибкий кабель, для расчета сечения вам все равно необходимо измерять только жилу. Так как лишние миллиметры позволят использовать провод меньшим сечением для запитки чрезмерной нагрузки, а это чревато повреждениями.
  • Если на каком-то этапе вы засомневались в достаточности сечения или поняли, что применять приборы меньшей мощности не получится, лучше смонтировать проводку более толстым проводом.

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 811
Источник: https://www. asutpp.ru/kak-opredelit-sechenie-provoda-ili-zhil-kabelya.html

Расчет сечения кабеля по мощности и длине

Длина кабеля влияет на потерю напряжения. Таким образом, на конце проводника напряжение может уменьшится и оказаться недостаточным для работы электроприбора. Для бытовых электросетей этими потерями можно пренебречь. Достаточно будет взять кабель на 10-15 см длиннее. Этот запас израсходуется на коммутацию и подключение. Если концы провода подсоединяются к щитку, то запасная длина должна быть еще больше, т. к. будут подключаться защитные автоматы.

При укладке кабеля на большие расстояния приходиться учитывать падение напряжения. Каждый проводник характеризуется электрическим сопротивлением. На данный параметр влияют:

  1. Длина провода, единица измерения – м. При её увеличении растут потери.
  2. Площадь поперечного сечения, измеряется в мм². При ее увеличении падение напряжения уменьшается.
  3. Удельное сопротивление материала (справочное значение). Показывает сопротивление провода, размеры которого 1 квадратный миллиметр на 1 метр.

Падение напряжения численно равняется произведению сопротивления и тока. Допустимо, чтобы указанная величина не превышала 5%. В противном случае надо брать кабель большего сечения. Алгоритм расчета сечения провода по максимальной мощности и длине:

  1. В зависимости от мощности P, напряжения U и коэффициента cosф находим ток по формуле: I=P/(U*cosф). Для электросетей, которые используются в быту, cosф = 1. В промышленности cosф рассчитывают как отношение активной мощности к полной. Последняя состоит из активной и реактивной мощностей.
  2. С помощью таблиц ПУЭ определяют сечение провода по току.
  3. Рассчитываем сопротивление проводника по формуле: Rо=ρ*l/S, где ρ – удельное сопротивление материала, l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения. Необходимо учесть ток факт, что ток идет по кабелю не только в одну сторону, но и обратно. Поэтому общее сопротивление: R = Rо*2.
  4. Находим падение напряжения из соотношения: ΔU=I*R.
  5. Определяем падение напряжения в процентах: ΔU/U. Если полученное значение превышает 5%, тогда выбираем из справочника ближайшее большее поперечное сечение проводника.

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 2060
Источник: https://odinelectric.ru/wiring/kak-rasschitat-neobhodimoe-sechenie-provoda-po-moshhnosti-nagruzki

Как определить соответствие параметров?

Как правило, избежать подобных казусов во время покупки позволяет предельная внимательность с вашей стороны:

  • На нормальном проводе обязательно присутствует его маркировка, которая предоставляет покупателю всю информацию о модели, особенностях эксплуатации, параметрах. В случае столкновения с сомнительной продукцией, можно обнаружить, что данные об изделии представлены не в полном объеме или вовсе отсутствуют.
  • Если проводник действительно хорош, на него обязательно должны предоставить сертификаты качества. Техническая документация свидетельствует о том, что такой он не только изготовлен в соответствии с  НД, но и прошел соответствующие испытания.
  • Хороший провод не может стоить копейки – так как цена материалов достаточно высока, дешевизна должна заставить задуматься о том, не кроется ли в этом какой-то подвох. При желании вы можете прийти в магазин с микрометром или штангенциркулем и выполнить проверку, чтобы развеять сомнения.

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 981
Источник: https://www.asutpp.ru/kak-opredelit-sechenie-provoda-ili-zhil-kabelya.html

Открытая и закрытая прокладка проводов

В зависимости от размещения проводка делится на 2 вида:

  • закрытая;
  • открытая.

Сегодня в квартирах монтируют скрытую проводку. В стенах и потолках создаются специальные углубления, предназначенные для размещения кабеля. После установки проводников углубления штукатурят. В качестве проводов используют медные. Заранее всё планируется, т. к. со временем для наращивания электропроводки или замены элементов придется демонтировать отделку. Для скрытой отделки чаще используют провода и кабели, у которых плоская форма.

При открытой прокладке провода устанавливают вдоль поверхности помещения. Преимущества отдают гибким проводникам, у которых круглая форма. Их легко установить в кабель-каналы и пропустить сквозь гофру. Когда рассчитывают нагрузку на кабель, то учитывают способ укладки проводки.

Блок: 6/6 | Кол-во символов: 827
Источник: https://odinelectric.ru/wiring/kak-rasschitat-neobhodimoe-sechenie-provoda-po-moshhnosti-nagruzki

4. Расчет сечения жилы провода в зависимости от длины и нагрузки в линии

В любой линии связи возникают потери. Линия – жила медного провода имеет определенное сопротивление, зависящее от длины, и, следовательно, по закону Кирхгофа на ней должно упасть напряжение и выделиться определенная мощность. В трансляционных системах в качестве нагрузки используются трансформаторные громкоговорители. Импеданс трансформаторного громкоговорителя Z – сопротивление первичной обмотки трансформатора на частоте 1кГц. Сопротивление нагрузки, линии является частотно зависимой (комплексной) величиной, поэтому в этом случае выполняют элементарный оценочный расчет, для среднегеометрической частоты всего частотного диапазона (большинство производителей импеданс трансформаторного громкоговорителя указывают для частоты 1кГц, что соответствует середине нормативного частотного диапазона 0,2 – 5кГц).

Задачу определения сечения жилы провода будем решать в 2 этапа, используя известное представление линии и нагрузки, в виде резистивного делителя (см. рис.2).

Рис. 2 — Эквивалентная схема подключения нагрузки в конце линии

Первый этап, на котором вся нагрузка сосредоточена в конце линии, позволит упростить решение задачи и перейти ко 2 этапу, на котором будут доопределены коэффициенты, позволяющие рассчитывать сечение жилы провода в распределенной линии с произвольно задаваемыми потерями.

Входные данные для расчета:

Рн – мощность нагрузки в линии, Вт;

Uвх – напряжение на входе линии, В;

L – общая протяженности линии, м.

Для определения сечения жилы провода S, воспользуемся эмпирическими соображениями. Из электроакустики известно, что для сохранения качества передаваемого звукового сигнала, величина потерь по напряжению в линии не должна превышать 10% (данная величина соответствует потерям по мощности примерно 20%, что принято считать нормой), что для резистивного делителя (см. рис. 2), можно записать как: Rл ~ 0,1 Rн, где Rн – сопротивление нагрузки, Ом.

Подставим данное соотношение в формулу (3):

В трансляционных линиях нагрузкой являются трансформаторные громкоговорители. В этом случае в качестве сопротивления нагрузки Rн можно принять значение импеданса громкоговорителя на определенной частоте. Импеданс трансформаторного громкоговорителя Zгр представляет собой частотно-зависимое (комплексное) сопротивление первичной обмотки звукового трансформатора. Большинство производителей трансформаторных громкоговорителей указывают значение импеданса для максимальной мощности на частоте 1кГц.

Импеданс трансформаторного громкоговорителя Zгр можно получить из 2-х известных формул:

  1. Закона Ома для участка цепи : J = U / R,
  2. Мощности нагрузки: P = JU.

При использовании в качестве нагрузки нескольких параллельно подключенных трансформаторных громкоговорителей суммарный импеданс Z рассчитывается по формуле:

Формула (7), определяющая проводимость всей цепи, неудобна для расчета суммарного нагрузочного импеданса, особенно, для трансляционной линии с большим количеством громкоговорителей разной мощности. Для расчета суммарного импеданса Z нескольких трансформаторных громкоговорителей удобно использовать формулу (6), в которой Pгр необходимо заменить суммарной мощностью всех трансформаторных громкоговорителей Pн, состоящей из суммы мощностей отдельных громкоговорителей Pi:

Используя в качестве сопротивления нагрузки Rн суммарный импеданс трансформаторных громкоговорителей Z (7) и подставляя (6) в (5), получаем полезную формулу, определяющую сечение жилы провода S в зависимости от мощности нагрузки Рн, напряжения на входе Uвх и длины линии L:

Формула (9) справедлива при потерях в линии, не превышающих 10% и условии, что вся нагрузка сосредоточена в конце линии (формула 8 очень эффективна для протяженных линии (L более 150м). На коротких линиях (L менее 150м) не следует забывать о соотношении сечения и нормы тока (формула 2).

Блок: 6/11 | Кол-во символов: 3961
Источник: http://www.escortpro.ru/page/article/article92.htm

7. Расчет сечения жилы провода с учетом потерь в линии

Вернемся к расчету сечения жилы провода. Рассчитаем сечение жилы провода распределенной линии с учетом потерь по напряжению. Вспомним, что формула (9) построена на допущении, что потери по напряжению в линии не должны превышать 10%, что позволило использовать соотношение: Rл / Rн = 0,1. При величине потерь отличной от 10% данное соотношение изменится. Построим коэффициент, позволяющий учесть любые ожидаемые потери в линии, как Кп = Rн / Rл.

Данный коэффициент удобно связать с потерями по напряжению и интерпретировать как ожидаемые потери. Используя формулу (15) получим:

Проверим справедливость данной формулы: При Пн «стремится к» 100%, Kп «стремится к» 0, Rн «стремится к» 0 – все напряжение остается на линии. При Пн «стремится к» 50%, Kп «стремится к» 1, Rл=Rн – напряжение на линии и нагрузке одинаково. При Пн «стремится к» 10%, Kп «стремится к» 9, Rл=0,11 Rн – напряжение на линии примерно в 10 раз меньше чем на нагрузке. При Пн «стремится к» 0%, Kп «стремится к» ∞, Rл стремится к 0 – напряжение на линии стремится к 0.

Дополним данным коэффициентом формулу (14):

Пример расчета

Рассчитаем звуковое давление громкоговорителя, с учетом потерь на проводах.

Звуковое давление громкоговорителя: Pдб=SPL+10 lg (Pгр), где: SPL – чувствительность громкоговорителя, дБ, Pгр – мощность громкоговорителя, Вт.

В данную формулу удобно ввести потери по мощности (формула 18) и интерпретировать данную ф-лу как: Уровень звукового давления, рассчитанный с учетом потерь по мощности: Pдб=SPL 10 lg (Pгр (100-Пм)/100), где Пм – потери по мощности, %.

Блок: 9/11 | Кол-во символов: 1649
Источник: http://www.escortpro.ru/page/article/article92.htm

9. Пример расчета

Рассчитаем необходимое сечение жилы провода для различных длин и нагрузок в линии, для чего воспользуемся возможностями программы Microsoft Exсel, рис. 5.

Рис. 5 — Расчет сечения токопроводящей жилы провода распределенной линии

Пример расчета можно скачать с нашего сайта.

На основе описанного алгоритма разработан ON-LINE калькулятор расчета сечения токопроводящей жилы РїСЂРѕРІРѕРґР° распределенной линии оповещения.

Блок: 11/11 | Кол-во символов: 625
Источник: http://www.escortpro.ru/page/article/article92.htm

Кол-во блоков: 20 | Общее кол-во символов: 32216
Количество использованных доноров: 5
Информация по каждому донору:
  1. https://odinelectric.ru/wiring/kak-rasschitat-neobhodimoe-sechenie-provoda-po-moshhnosti-nagruzki: использовано 5 блоков из 6, кол-во символов 6231 (19%)
  2. http://www.escortpro.ru/page/article/article92.htm: использовано 5 блоков из 11, кол-во символов 9556 (30%)
  3. http://jelektro.ru/jelektroprovodka/raschet-sechenija-tokovedushhej-zhily-kabel.html: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 2173 (7%)
  4. https://electricvdome.ru/montaj-electroprivodki/sechenie-kabelya-po-diametru.html: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 4791 (15%)
  5. https://www.asutpp.ru/kak-opredelit-sechenie-provoda-ili-zhil-kabelya.html: использовано 4 блоков из 6, кол-во символов 9465 (29%)

Источник: m-strana.ru
 

Как определить площадь сечения. Как определить сечение провода

Для того, чтобы удачно купить провод, перед покупкой необходимо измерить диаметр провода , иначе можно стать жертвой обмана. Также измерять сечение провода придется, если будете добавлять новую электрическую точку на старой проводке, так как буквенной маркировки на ней может не быть. Информация, приведенная ниже, поможет вам правильно выбрать методику измерения диаметра провода и эффективно ее использовать на практике.

При этом у вас сразу возникнет вопрос: «Какой смысл компании портить свою репутацию?» Объяснений этому может быть несколько:Но все дело в том, что даже совершив правильные расчеты сечения провода, вы все равно можете столкнуться с проблемой, несмотря на то, что купите провод с подходящим диаметром . Авария может произойти из-за того, что на маркировке проводов будет указано сечение жил, которое не соответствует действительному. Это может случится в результате того, что завод-производитель сэкономил на материале, или же компанией, выпускающей данную продукцию, не были соблюдены все характеристики изделия. Также на прилавках можно найти провода, на которых совсем отсутствует маркировка, что изначально заставляет усомниться в их качественности.

1. В целях экономии. Например, завод сделал диаметр провода меньше всего лишь на 2 мм. кв. при 2,5-миллиметровой жиле, что дало возможность выиграть на одном погонном метре несколько килограмм металла, не говоря уже о прибыли при массовом производстве.

2. В результате большой конкуренции компания снижает цену на электропроводку, пытаясь переманить к себе большую часть потребителей. Естественно, это происходит за счет уменьшения диаметра провода , что невозможно определить невооруженным глазом.

И первый, и второй вариант имеет место быть на рынке продаж, поэтому вам лучше перестраховаться и сделать самостоятельно точные вычисления, о которых и пойдет речь дальше.

Три основных способа определения диаметра провода.

Способов есть несколько, но в основе каждого из них лежит определение диаметры жилы с последующими вычислениями окончательных результатов.

Способ первый. С помощью приборов. На сегодня есть ряд приборов, которые помогают измерить диаметр провода или жилы провода. Это микрометр и штангенциркуль, которые бывают как механическими, так и электронными (смотрите ниже).

Этот вариант в первую очередь подойдет для профессиональных электриков, которые постоянно занимаются монтажом электропроводки. Наиболее точные результаты можно получить с помощью штангенциркуля. Эта методика имеет преимущества в том, что возможно проводить измерения диаметра провода даже на участке работающей линии, например, в розетке.

После того, как вы измерили диаметр провода , необходимо провести подсчеты по следующей формуле:

Необходимо помнить, что число «Пи» составляет 3,14, соответственно, если мы разделим число «Пи» на 4, то сможем упростить формулу и свести вычисления к умножению 0,785 на диаметр в квадрате.

Способ второй . Используем линейку. Если вы решили не тратить деньги на прибор, что логично в данной ситуации, то можете использовать простой проверенный способ для измерения сечения провода или провода?. Вам понадобится простой карандаш, линейка и проволока. Зачищаете жилу от изоляции, плотно накручиваете ее на карандаш, и после этого линейкой измеряете общую длину намотки (как показано на рисунке).

Затем длину намотанной проволоки делите на количество жил. Полученное значение и будет диаметром сечения провода .

Но при этом необходимо учитывать следующее:

  • чем больше жил вы намотаете на карандаш, тем более точный будет результат, количество витков должно быть не меньше 15;
  • витки прижимайте плотно к друг другу, чтобы между ними не оставалось свободного пространства, это значительно уменьшит погрешность;
  • проведите замеры несколько раз (меняйте при этом сторону замера, направление линейки и др.). Несколько полученных результатов поможет вам опять же избежать большой погрешности.

Обратите внимание и на минусы данного способа измерения:

1. Измерить можно только сечение тонких проводов , так как толстый провод вам с трудом удастся намотать на карандаш.

2. Для начала вам нужно будет приобрести маленький кусочек изделия, прежде чем делать основную покупку.

Формула, о которой говорили выше, подходит для всех измерений.

Способ третий. Пользуемся таблицей. Чтобы не проводить расчеты по формуле, вы можете использовать специальную таблицу, в которой указан диаметр провода ? (в миллиметрах) и сечение проводника (в миллиметрах квадратных). Готовые таблицы дадут вам более точные результаты и значительно сэкономят ваше время, которое вам не придется тратить на вычисления.

Диаметр проводника, мм

Сечение проводника, мм 2

При покупке или всегда стоит обращать внимание на его фактическое сечение, так как нередко в магазинах можно встретить кабельную продукцию с сечением, не соответствующем его маркировке, причем значительно. А это, как вы понимаете, может привести к перегреву кабеля и в итоге к короткому замыканию.

Для самостоятельного вычисления реального сечения провода нам помогут несколько простых способов. Самый удобный способ — это вычисление сечения провода по его диаметру. Для этого понадобится микрометр или штангенциркуль.

Измерив диаметр жилы вспоминаем формулу площади круга:

Например возьмем провод, на изоляции которого указана маркировка ВВГнг 3×2,5. Измеряем штангенциркулем диаметр жилы — получаем 1,7 мм. Далее подставляем это значение в формулу:

Sкр = 0,785 x 1,7 x 1,7 = 2,27мм2.

Получается, что фактическое сечение провода составляет 2,27мм2 вместо заявленных 2,5.

С одножильным проводом все понятно, а как быть с многожильным?

Здесь все примерно также. Берем одну жилу из многожильного провода и замеряем штангенциркулем. Например диаметр получился 0,4 мм.

Sкр = 0,785 x 0,4 x 0,4 = 0,125мм2.

Затем подсчитываем общее количество жилок в проводе, предположим 12.

А теперь узнаем общее сечение провода умножив значение одной жилы 0,125мм2 на количество жил — 12.

S = 0,125 x 12 = 1,5мм2 — это и есть фактическое сечение провода.

Конечно не у всех есть штангенциркуль и тем более микрометр, в этом случае придется пойти другим способом.

Для этого из подручных средств нам понадобится линейка и карандаш, или какой-нибудь круглый стержень. Снимаем изоляцию с провода и наматываем на стержень примерно 10 витков. Главное, чтобы витки плотно прилегали друг к другу, без зазоров.

Линейкой замеряем длину намотки и делим на количество витков. У нас получается диаметр жилы. А далее по той же самой формуле находим сечение жилы. Способ довольно точный, но не очень удобный — и в магазине таким образом не померить и толстые жилы не намотать.

Для того, чтобы каждый раз не высчитывать на калькуляторе сечение, ниже выложу таблицу соответствия диаметров и сечений проводов, в которой есть наиболее распространенные размеры. Можно ее переписать или распечатать и брать с собой в магазин. Останется только измерить диаметр жилы и сравнить со значением из таблицы. Если измеренное значение будет значительно отличаться от табличного, то такой кабель лучше не покупать.

Инструкция

Измерение диаметр а провода штангенциркулем осуществляйте при отсутствии напряжения. Любой штангенциркуль, независимо от того, является ли он механическим или электронным, имеет металлические губки, способные проводить ток. Если провод покрыт слоем изоляции, измерение его сечения осуществляйте без учета ее диаметр а.

Чтобы перевести указанное в справочнике сечение провода в его диаметр , воспользуйтесь следующей формулой:D=2√(S/π), где S — площадь проводника (мм²), D — диаметр проводника (мм), π — число «пи», 3,1415926535 (безразмерная величина).

Для обратного перевода (диаметр а в сечение) воспользуйтесь той же формулой, преобразованной следующим образом:S=π(D/2)², где D — диаметр проводника (мм), S — площадь проводника (мм²), π — число «пи», 3,1415926535 (безразмерная величина).

Сечение многожильного провода принимайте равным сумме сечений входящих в его состав отдельных проводников. Суммировать же их диаметр ы бессмысленно. Вычисления могут быть и многоступенчатыми. Так, например, чтобы узнать эквивалентный диаметр многожильного провода , вычислите сечение одной его жилы, умножьте на их количество , а затем результат снова переведите в диаметр .

Брать провод с диаметр ом или сечением, превышающим расчетное или указанное в таблице значение, можно, но слишком толстые провода применять бывает неудобно: они могут, например, вырвать клемму из клеммника собственным весом. Применять же провода с диаметр ом или сечением меньше расчетного или указанного в таблице нельзя.

Полые проводники цилиндрической формы (например, входящие в состав коаксиальных кабелей) имеют два диаметр а: внешний и внутренний. По ним рассчитайте, соответственно, два сечения: внешнее и внутреннее. Вычтите одно из другого, а затем результат переведите в эквивалентный диаметр .

Очистите от изоляции жилы кабеля. С помощью штангенциркуля, а лучше микрометра (это позволит произвести более точное измерение), найдите диаметр жилы. Значение получите в миллиметрах. Затем высчитайте площадь поперечного сечения. Для этого коэффициент 0,25 умножьте на число π≈3,14 и значение диаметра d возведенное в квадрат S=0,25∙π∙d². Это значение умножьте на количество жил кабеля. Зная длину провода, его сечение и материал из которого он сделан, вычислите его сопротивление.

Например, если нужно найти сечение медного кабеля из 4 жил, а измерение диаметра жилы дало значение 2 мм, найдите площадь его поперечного сечения. Для этого рассчитайте площадь поперечного сечения одной жилы. Она будет равна S=0,25∙3,14∙2²=3,14 мм². Затем определите сечение всего кабеля для этого сечение одной жилы умножьте на их количество в нашем примере это 3,14∙4=12,56 мм².

Теперь можно узнать максимальный ток, который может по нему протекать, или его сопротивления, если известна длина. Максимальный ток для медного кабеля рассчитайте из соотношения 8 А на 1 мм². Тогда предельное значение тока, который может проходить по кабелю, взятому в примере составляет 8∙12,56=100,5 А. Учитывайте, что для алюминиевого кабеля это соотношение составляет 5 А на 1 мм².

Например, длина кабеля составляет 200 м. Для того чтобы найти его сопротивление, умножьте удельное сопротивление меди ρ в Ом∙ мм²/м, на длину кабеля l и поделите на площадь его поперечного сечения S (R=ρ∙l/S). Сделав подстановку, получите R=0,0175∙200/12,56≈0,279 Ом, что приведет к очень малым потерям электроэнергии при ее передаче по такому кабелю.

Источники:

  • как узнать сечение кабеля

Зачастую найти нужный провод для подключения того или иного устройства проблематично, учитывая их общее количество в конфигурации оборудования современного компьютера.

Инструкция

Если вам нужно найти провод соединения монитора с видеокартой, обратите внимание на толстый кабель диаметром около 1 сантиметра с двумя аналогичными широкими штекерами на обоих концах синего или белого цвета. Белые штекеры служат для подключения монитора к цифровому выходу с видеокарты, а синий – для аналогового.

Чтобы определить, какой именно вам нужен, обратите внимание на наличие разъемов в устройствах. Если ваш монитор или видеокарта поддерживают по одному, но разному интерфейсу подключения, что случается крайне редко, воспользуйтесь специальным переходником DVI-VGA, который обычно идет в комплектации компьютера или монитора.

Представьте себе, что вы нашли в своих закромах старый электрический кабель, которым хотите воспользоваться. Но перед вами стоит проблема определения его сечения. На глаз это не определить, бирки, конечно, на нем не осталось. Что делать? Есть несколько способов, в основе которых лежит диаметр жилы. То есть, диаметр провода и сечение находятся в прямой зависимости друг от друга, чему подтверждение формула круга, ведь форма сечения жилы является круг. Вот эта формула:

S=3,14d²/4=0,785d².

Поэтому и приходится в первую очередь определить диаметр жилы.

Способ №1

Для этого вам понадобится штангенциркуль. Просто необходимо зачистить жилу от изоляции и провести замер диаметра. После чего полученное значение и подставляется в формулу круга. Вот вам и площадь сечения провода.

Скажем так, что этот вариант самый простой и самый точный. Поэтому стоит в арсенале электрика держать этот измерительный инструмент.

Способ №2

Его можно использовать на тот случай, если под рукой штангенциркуля не оказалось. Процесс определения этот непростой и требует определенной точности проведения всех его этапов. Итак, здесь вам понадобится или карандаш, или ручка, или отвертка, или любая трубка из плотного материала (лучше металлическая). Вот алгоритм действий:

  • Снимается изоляция в длину сантиметров двадцать-тридцать.
  • Теперь наматываем проволоку на карандаш или другой предмет, из описанных выше. Чем больше витков будет сделано, тем точнее показатель. При этом наматывать витки надо так, чтобы они плотно прижимались друг к другу.
  • Считается количество витков.
  • Замеряется длина скрученных витков при помощи обычной линейки, то есть по карандашу от первого до последнего.
  • Теперь необходимо провести одно математическое действие – разделить длину витков на их количество. Это и будет диаметр провода.

Конечно, он не самый точный, потому что все будет зависеть от того, как была проведена навивка жилы кабеля. Здесь, как было сказано выше, основное значение имеет плотность витков. Теперь можно значение диаметра провода подставлять в формулу площади круга.


Способ №3

Этот способ касается определения сечения провода по диаметру многопроволочной жилы. По сути, все вышеперечисленные методы подходят и под этот вариант, только с одним условием. Необходимо жилу, если так можно выразиться, распушить. Выбрать одну проволочку и замерить ее диаметр штангенциркулем или воспользоваться карандашом. После чего полученную величину надо умножить на количество проволочек, подсчитать которые не составит большого труда. Это и есть диаметр жилы, который подставляется в формулу сечения.

Способ №4

Это так называемый табличный способ, то есть, для определения площади кабеля вам потребуется таблица, где указаны основные параметры изделия. Такая таблица есть и в интернете, так что проблем найти ее у вас возникнуть не должно. Можно обратиться к таблицам ПУЭ, где также расписаны параметры и показатели электрических кабелей.

Для чего необходимо знать сечение провода

Всем известно, что чем толще провод, тем больше токовые нагрузки он выдерживает, тем большей мощности к нему можно подключить бытовых приборов. Поэтому сечение кабеля – это основная характеристика, которая поможет избежать неприятных моментов, связанных с перегреванием электрической разводки, а соответственно и возникновению пожаров.

Существуют определенные нормы, в которых оговорено, какое сечение (диаметр) провода должны устанавливаться под необходимые токовые нагрузки. Эти нормативы определены правилами управления электроустановками (ПУЭ), где присутствуют таблицы. В них четко расставлены позиции, связанные с площадью, материалом, из которого изготавливаются провода, и токовой нагрузкой или мощностью потребления.

Но тут есть один очень тонкий момент, который должен знать покупатель. Есть электрические провода, которые изготавливаются по техническим условиям (ТУ), есть изготавливаемые по государственным стандартам (ГОСТам). Их отличия заключаются в том, что изделия, изготовленные по ТУ, подчас обладают меньшим диаметром жилы (процентов на десять-тридцать), а соответственно и сниженным сечением. А это является причиной снижения токовой нагрузки, которую кабель может через себя пропустить. Плюс ко всему изоляция изготавливается более тонким слоем. К чему это может привести, наверное, вы догадываетесь.


Поэтому рекомендация: если вами выбирается электрическая проводка, изготовленная по техническим условиям, то рекомендуется выбирать ее сечение на порядок выше. К примеру, вам по расчетам требуется кабель 1,5 мм², то лучше выбирать 2,5 мм². В реальности же данный показатель окажется площадью 1,8-2,0 мм².

Как узнать, по каким стандартам изготавливался провод?

  • Во-первых, это обязательно указывается в сертификате качества изделия.
  • Во-вторых, можно проверить изоляцию. Если она мягкая и быстро снимается с жилы, то это однозначно материал, изготовленный по ТУ.
  • В-третьих, замерьте штангенциркулем диаметр провода. А затем, используя формулу круга, подсчитайте площадь жилы. В принципе, это можно сделать на калькуляторе сотового телефона, то есть, прямо в магазине. Если расчетное значение соответствует номинальному, то это гостовский материал. Если значение оказалось ниже, то это провод, изготовленный по техническим условиям.


Заключение по теме

Как видите, существует несколько способов, как можно узнать и определить сечение провода по диаметру жилы. Самый простой – это номер один. Но в этом случае вам понадобится штангенциркуль. Если под рукой есть интернет, то можно воспользоваться мировой паутиной. То есть, каждый выбирает то, что ему удобно в определенный момент времени.

Похожие записи:

Как рассчитать поперечное сечение проводника

Как рассчитать поперечное сечение провода и его диаметр

Не зная, как рассчитать сечение провода, электрик не сможет произвести даже самые элементарные электромонтажные работы. Чтобы правильно подобрать проводку, ему необходимо знать определённые параметры и нагрузку. К примеру, какое сечение провода нужно для 5 квт, можно понять, лишь имея определённые знания. Неграмотно выбранное сечение может привести к довольно-таки плачевным последствиям, начиная от выхода из строя самой линии и заканчивая её возгоранием.

Довольно распространённый пример, когда у вас вдруг выходит из строя проводка, а при вскрытии канала видно, что оплавилась изоляция и сам провод перегорел. Происходит подобное лишь в двух случаях:

  • неправильно произведён расчёт сечения;
  • недостоверность или отсутствие информации о проводнике.

Порядок проведения расчётов

Для того чтобы определить сечение провода, необходимо сперва измерить его диаметр. Для этого нам понадобится штангенциркуль либо микрометр. Так как нас интересует непосредственно окружность самого проводника, то предварительно необходимо будет зачистить его от изоляции. Если при покупке вам сделать это не позволят, тогда можно приобрести минимально допустимый кусок, после чего и проводить следующие манипуляции.

Когда необходимый параметр замерен, уже несложно будет рассчитать непосредственно и само сечение. Если интересует вопрос, чем производить замер предпочтительнее, то, можно сказать, что чем выше точность замера, тем и более точным будет конечный результат.

Бывают ситуации, когда в наличии просто нет ни штангенциркуля, ни микрометра. В таком случае сделать соответствующие замеры мы вполне сможем и при помощи простой линейки. Но здесь может встать необходимость покупать тестовый кусок, так как очистить от изоляции придётся сантиметров 10-15, и маловероятно, что это разрешат сделать бесплатно.

Как только провод освобождён от изоляции, его стоит намотать на цилиндрическую часть отвёртки. Обращайте внимание, чтобы витки прилегали как можно плотнее друг к другу, не оставляя зазоров. Концы с краёв должны быть выведены в одну из сторон, чтобы получившиеся витки имели законченную форму. Что касается количества витков, то это не принципиально, хотя лучше делать их 10, так как легче будет вести расчёт.

Осталось лишь измерить и высчитать непосредственно толщину нашего провода. Для этого измеряем длину используемых витков. Далее это значение делим на количество витков – полученный результат и будет искомым диаметром. В качестве примера возьмём количество витков 10. Длина всех этих десяти витков — 6,8 мм. Следовательно, 6,8 делим на 10, получаем 0,68. Именно это значение и есть искомый результат. Имея эти данные, можно искать и непосредственно сечение.

Вычисление с помощью формулы

Когда мы выяснили, каков диаметр провода, можно переходить непосредственно к определению его сечения. Понятно, что провод имеет форму круга в поперечнике. Следовательно, для расчёта необходимо применить формулу площади круга. Таким образом мы узнаем площадь поперечного сечения проводника.

  • r – радиус круга,
  • D – диаметр круга,
  • π = 3,14.

В качестве примера вычислим интересующий нас параметр провода по уже известным данным из вышеприведённых расчётов. Так, у нас диаметр равен 0,68 мм. Следовательно, необходимо ещё найти радиус. Получается 0,68/2 = 0,34 мм. Теперь полученные результаты подставляем в формулу:

S = π * R² = 3,14 * 0,34² = 0,36² мм

То же самое можно проделать и по второй части уравнения. Значение получится аналогичным:

Теперь вы всегда сможете определить сечение кабеля, зная диаметр. При этом можно пользоваться любой из приведённых двух формул – какая понравится, ту и применяйте.

Таблица диаметров и их площадь сечения

Знать формулы и уметь благодаря им высчитать в любой момент необходимые данные — это прекрасно. Но есть и более простой способ узнать сечение, не прибегая к не всегда удобным расчётам. Для этого существует таблица соответствия диаметров к площади. Она содержит наиболее ходовые данные, благодаря которым легко определить сечение, зная диаметр. Достаточно просто распечатать эту таблицу на маленьком листке и носить в кармане или портмоне.

Пользоваться этой таблицей предельно просто. Практически все кабели имеют свою маркировку, которая указывается непосредственно на изоляции и/или на бирке. Нередко бывает, что фактическое сечение кабеля не совпадает с предъявленным на маркировке. Таблица может стать незаменимым помощником в таких случаях. Для этого стоит всего лишь посмотреть маркировку (к примеру, АВВГ 3х2,5). Значение, идущее после знака «х», и есть заявленное сечение, в нашем случае — это 2,5 мм. Первая цифра означает, что кабель имеет 3 жилы, но в нашей ситуации это не имеет значения.

Также легко высчитать и диаметр кабеля по сечению, таблица в этом нам сможет прекрасно помочь, но делать это нужно в обратном порядке.

Чтобы проверить верность утверждения, что сечение данного кабеля 2,5 мм, нам необходимо измерить его диаметр любым вышеописанным способом. Так, если в конкретном случае диаметр составит 1,78 мм или близкое к нему значение (погрешности всё же допускаются), то всё верно, нас не обманули и провод действительно удовлетворяет заявленным требованиям. Увидеть это мы можем из таблицы, найдя значение 1,78 (диаметр), которому соответствует показатель 2,5 мм.

Кроме этого, нелишним будет внимательно проверить изоляцию. Она должна быть ровной, однородной, без повреждений и других дефектов. В погоне за прибылью производители дешёвой продукции идут на любые ухищрения, чтобы как-то сэкономить на материале. Поэтому дешевизна далеко не всегда может оказаться выгодной.

Нередко в кабелях используются не цельный провод, а многожильный – состоящий из множества мелких проволочек, скрученных между собой. Может показаться, что замер сечения подобных кабелей невозможен или слишком сложен. Но это глубокое заблуждение. Узнать интересующие нас данные многожильного кабеля предельно просто. Делается это аналогично предыдущему методу с помощью одноцельного провода, т.е. сначала замеряем диаметр, а после высчитываем или узнаём из таблицы интересующие нас данные.

Но делать это необходимо правильно. Нельзя просто взять и замерить общий диаметр всей конструкции. Между отдельными «волосками» всегда есть некое расстояние, поэтому если измерения проводить по общему диаметру, то на выходе мы можем получить совершенно неправильные данные.

Для того чтобы узнать искомую величину многожильного кабеля, нам необходимо высчитать общее сечение проводов. Просто нужно взять отдельную проволоку и измерить её диаметр. Далее подсчитываем количество всех таких проволочек в проводе и умножаем на диаметр одной из них. В итоге мы и получим общий диаметр всего провода. Зная эти параметры, уже несложно узнать и сечение.

Определение сечения провода

Одним из основных показателей качества и надёжности электропроводки является сечение провода. Именно от того, насколько правильно произведён расчёт его сечения, зависит длительность службы и пожаробезопасность электропроводки.

Что такое сечение провода

Оно представляет собой площадь среза проводящей ток жилы. Если срез круглый, как это чаще всего бывает, и представлен одним проводом, то его площадь рассчитывается по формуле S = пr2. Если проводов в жиле несколько, то общим показателем будет сумма габаритов всех проводников.

Важно! В расчёт поперечного среза должны быть заложены используемая мощность электрооборудования и предельно допустимые токи, которые данная проводка сможет выдержать при обычной рабочей нагрузке.

Зачем нужно измерять сечение провода

Главная ошибка многих электриков заключается в том, что они не утруждают себя проведением каких-либо расчётов. Результатом этой халатности является использование заниженного либо, напротив, завышенного поперечного размера электропровода. Это может привести к довольно неприятным последствиям, начиная от перерасхода средств, до выгорания всей кабельной линии.

Площадь сердечника занижена

Если при проведении работ был выбран кабель с габаритами значительно меньшими, чем потребляемая мощность, это может привести к повреждению изоляции, короткому замыканию и порче оборудования. В подобной ситуации смонтированное изделие не способно выдержать напряжение при подключении приборов, значительно превосходящих его по мощности. Более того, именно из-за недостаточного поперечного размера проводки часто возникают пожары, уносящие человеческие жизни.

Площадь сердечника завышена

Если при монтаже электропроводки используется завышенный габарит, это, конечно, не так опасно, как при его занижении, однако влечёт за собой неоправданный перерасход финансов.

При кажущейся незначительности отклонения в цене на кабели разного габарита, подсчёт в масштабах квартиры или дома даст ощутимую разницу в денежном эквиваленте.

В чём измеряется сечение провода

Так как сечение провода – это площадь среза, то измеряется данная величина в квадратных миллиметрах. Если изделие одножильное, то габарит рассчитывается по стандартной формуле для определения площади круга:

S – искомая площадь; π – константа 3,14; R – радиус круга.

Если возникает вопрос, как рассчитать на практике сечение провода по мощности, применяется формула определения поперечного среза по диаметру:

S=1/4πД² = 0,785*Д², где

Д – диаметр жилы провода в мм.

Если нужно вычислить габарит многожильного кабеля, в котором все жилы одинаковые, то применяют формулу

Sо= общая площадь кабеля; n – количество проводов; Sі – площадь одного провода.

Как правильно выбрать нужное сечение провода

Расчёт сечения провода можно выполнить различными способами:

  • По мощности – учитывается номинальный показатель всех приборов, которые будут использоваться. Если на изделии отсутствуют соответствующие данные о потребляемой мощности, их можно взять из стандартной справочной таблицы;

  • По току – в этом случае собирается информация о подключаемой нагрузке используемых приборов. Расчёт максимального тока по сечению провода должен проводиться с учётом всего присутствующего в доме электрооборудования.

Как узнать и рассчитать сечение провода

Вычисление поперечного среза провода можно производить разными методами. Всё зависит от того, в каких условиях будет производиться замер, и что из необходимых для процесса измерения предметов окажется под рукой.

Основными способами определения сечения являются:

  • При помощи штангенциркуля или микрометра. Используя данные приспособления, измеряют диаметр освобождённого от изоляции металлического сердечника. Желательно осуществить замеры на нескольких участках жилы и использовать наименьшее из них. Если используется микрометр, то замеряемый участок должен быть ровным. Далее, применяя формулу, без особого труда можно посчитать площадь.
  • При помощи линейки и карандаша. Этот способ применяется, когда в наличии нет ни штангенциркуля, ни микрометра. На обычный карандаш плотно наматывают очищенный от изоляции кабель. С помощью школьной линейки измеряют длину полученного витка и, разделив её на количество оборотов, получают диаметр жилы.

Обратите внимание! При использовании данного метода важно, чтобы витков было не менее 18-20 для достижения максимальной точности. Чем тоньше кабель, тем больше витков следует намотать, чтобы избежать погрешностей в вычислениях.

  • При помощи готовой таблицы. Измерив толщину изделия и используя специальную таблицу, выясняют его геометрический параметр. Этот способ применяется для жил стандартного диаметра.
  • С помощью листа бумаги и линейки. Тонкой полоской бумаги оборачивают кабель и замеряют полученную длину окружности. Далее вычисляют диаметр, пользуясь формулой D =L/2π, где D = диаметр провода, L – длина окружности. А уже при известном диаметре определение сечения по формуле не составляет труда. Данный способ применяют для измерения крупных жил, так как он даёт наименьший процент погрешности.

Важно! Чем тоньше будет измеряемое изделие, тем менее точными окажутся расчёты.

Какие бывают ошибки при расчёте и как их не допускать

Самой распространённой ошибкой является установка на розетки и освещение завышенных номиналов выключателей-автоматов. Это приводит к оплавлению и может стать причиной возгорания.

Расчёт сечения кабеля является очень важным этапом при проведении монтажа электрооборудования или замене проводки. Это одно из главных условий безопасной эксплуатации устройств, так как использование заниженного сечения может привести к повреждению оборудования и стать причиной пожара. Поэтому к выбору площади проводника следует подходить серьёзно и рассчитывать его максимально точно.


Поперечное сечение проводника

При строительстве зданий и сооружений наступает момент, когда требуется выполнить монтаж электропроводки. Возникают вопросы, какой марки выбрать провода или кабели, какие у них должны быть поперечное сечение и класс изоляции. Материал, из которого изготовлены проводящие ток жилы, выбирается исходя из того, на какую нагрузку будут рассчитаны проектируемые сети.

Особенности электрических проводов

При всём многообразии кабельной продукции и огромном выборе проводов для прокладки электрических сетей существуют правила подбора. Не обязательно учить наизусть все марки кабелей и проводов, нужно уметь читать и расшифровывать их маркировку. Для начала стоит выяснить различие между проводом и кабелем.

Провод – проводник, используемый для соединения двух участков цепи. Может иметь одну или несколько токопроводящих жил. Жилы могут быть:

Голые линии применяются там, где прикосновение к токоведущим жилам невозможно. В большинстве случаев они используются для воздушных линий электропередач.

Изоляционное покрытие применяется однослойное или двухслойное. Провода, имеющие два или три проводника в двойной изоляции, путают с кабелем. Путаница происходит из-за того, что изоляция покрывает каждую жилу, а снаружи выполнено общее полимерное или иное покрытие. Такие проводники нашли применение внутри электрических устройств, щитов или шкафов. В быту они скрыты в стене или проложены в специальных каналах.

Изолированная продукция используется повсеместно. В зависимости от степени электробезопасности помещения и места прокладки, выбирается класс изоляции.

Многожильные проводники используются там, где необходимы изгибы малого радиуса при прокладке сложных трасс, где не могут пройти одножильные аналоги. Такой тип тоководов удобно монтировать в кабельных каналах. Одножильные провода в таких условиях изгибать труднее, нужно прикладывать силу, и существует опасность повреждения жилы.

К сведению. Маркировка АППВ 3*2,5 обозначает провод с алюминиевыми жилами, поливинилхлоридной изоляцией, плоский, имеющий разделительное основание. Расшифровку маркировки уточняют в справочной литературе.

По строению кабель – это сколько-то жил, имеющих индивидуальную изоляцию, помещённых в защитный внешний слой из диэлектрического материала. Пространство между сердечниками и оболочкой, для предотвращения слипания, заполняется бумажными лентами, пластмассовыми нитями или кабельной пряжей. Дополнительно изделие может быть усилено бронёй из лент или стальной оплёткой для защиты от механических повреждений.

Что такое поперечное сечение

Если какой-то предмет распилить под прямым углом к его продольной оси, то в результате распила получится фигура. Её форма зависит от конфигурации предмета. Сечение трубы – это фигура, образованная двумя окружностями и имеющая некоторую толщину. Если поперёк рассечь круглый металлический пруток, то его поперечным сечением является круг, а не шар.

Площадь поперечного сечения проводника

На чертежах сечение – это изображение фигуры, образованное разрезом детали плоскостью. Что такое сечение в электротехнике? Применимо к электричеству, рассматривает сечение проводника под прямым углом к его продольной стороне. Сечение жилы, через которую проходят электроны, представляет собой круг и измеряется в мм2.

Важно! Часто путают диаметр жилы с её сечением. Чтобы узнать, какое сечение у провода, нужно определить площадь полученного круга, рассчитав её по формуле.

Так как у провода сечениеэто круг, то расчёт площади производится по формуле:

S кр = π*R2, где:

  • S кр. – площадь круга, мм2;
  • π = 3,14;
  • R – радиус круга, мм.

Зная величину площади поперечного сечения жилы, её длину и удельное сопротивление материала, из которого она изготовлена, можно вычислить сопротивление проводника электрическому току, протекающему через него.

Информация. Учитывая, что радиус равен 1/2 диаметра, формулу можно преобразовать для удобства пользования. Она будет иметь вид Sкр = π*D2/4 = 0,8 * D2. Для расчёта площади сечения проводника чаще используют значение диаметра.

Неправильно подобранный диаметр провода вызывает его перегрев и оплавление, что, в свою очередь, может стать причиной возгорания электропроводки.

Соответствие диаметров проводов и площади их сечения

Каждый раз пользоваться формулой для вычисления площади поперечного сечения – это процесс долгий. Практичнее использовать уже готовые таблицы.

Таблица для проводников с медными жилами

d, ммSсеч,
мм2
Moщнocть (Р), для ceти 220 B, кВтТок,
А
Moщнocть (Р), для ceти 380 B, кВт
1,121,03,0145,3
1,381,53,3155,7
1,592,04,1197,2
1,782,54,6217,9
2,264,05,92710.0
2,766,07,73412,0
З,5710,011,05019,0
4,5116,017,08030,0
6,68З5,029,013551,0

В приведённой таблице указаны следующие значения:

  • диаметр проводника;
  • сечение, соответствующее этому диаметру;
  • допустимая величина тока для этого сечения;
  • мощность нагрузки, которую можно подключать через этот проводник к сетям 220/380 В.

При выборе провода или кабеля по справочнику предварительно необходимо определиться с материалом, из которого изготовлены жилы.

Как определить сечение многожильного провода

Многожильный провод состоит из нескольких вместе взятых жил. Поэтому общее сечение можно определить в два приёма:

  • вычисляется площадь поперечного сечения одной жилы;
  • полученное значение умножается на количество жил в проводе.

Концы проводов, имеющих много жил, при подсоединении нужно обжать специальной гильзой подходящего диаметра. Для этого применяют обжимные клещи.

Самостоятельный расчёт

Иногда приходится иметь дело с проводом без нанесённой маркировки. Это не повод отказаться от его использования. В начале выясняют, из какого материала выполнена жила. Различают по цвету: алюминий белый, медь красная, латунь жёлтая. После этого приступают к расчёту площади сечения. Для этого выясняют диаметр проводника, предварительно сняв с него изоляцию, в случае многожильного провода – выпутав одну жилу.

Диаметр можно определить несколькими способами, например:

  • при помощи штангенциркуля или микрометра;
  • карандаша и линейки.

Второй способ даёт приблизительный результат и используется только в крайнем случае.

Штангенциркуль

Измерить при помощи штангенциркуля можно провода любых размеров. Для этого помещают провод между губок штангенциркуля и смотрят на деления шкалы. Целое число миллиметров отсчитывают по верхней шкале, десятичные доли миллиметра – по нижней.

Карандаш + линейка

Если под рукой нет измерителя, а длина оголённой части измеряемого провода позволяет накрутить его на карандаш виток к витку длиной не менее 1 см, то используют этот метод. Считают количество витков N, поместившихся на отрезке L = 1 см. Значение диаметра получают путём деления длины отрезка на количество витков. Точность измерения зависит от плотности намотки и её длины.

Таблица

После того, как диаметр определён одним из способов, Sсеч определяют по формуле или при помощи таблиц.

Простейшая таблица для диаметров провода до 4,5 мм

Диаметр провода, ммСечение, ммДиаметр провода, ммСечение, мм
0,80,523
1,00,752,34
1,112,55
1,21,22,86
1,41,53,28
1,623,610
1,82,54,516

Более точные значения можно подобрать из таблиц, размещённых в Правилах Устройств Электроустановок (ПУЭ).

Как узнать сечение вводного провода

Провод от опоры ЛЭП к дому выбирают сечением 10 мм. Новое подключение к электросетям выполняется согласно выданным техническим условиям. Обычно мощность, отпускаемая для подключения, составляет максимум 7,5 кВт для однофазной сети напряжением 220 В. В соответствии с таблицей, минимальное сечение для вводного кабеля следует выбирать 10 мм2. С учётом максимальной пиковой нагрузки потребителей и для обеспечения запаса мощности желательно использовать провод СИП 2*16 на улице и ВВГнг-ls 2*10 – внутри помещений до приборов учёта.

Определение сечения провода розеточных линий

При определении диаметра провода для комнатной проводки считают максимальную нагрузку потребителей, которые могут быть включены одновременно. Ориентируясь на эту мощность, выбирают сечение основных линий, которые идут от счётчика и вводных автоматов к распределительным коробкам. Это те участки, которые будут нести суммарную нагрузку всех подключенных потребителей. Выбирают провод с медными жилами не менее 6 мм2.

Проводники ответвлений от распределительных коробок к розеткам выбираются индивидуально для каждой комнаты. Тут учитываются бытовые электроприборы, которые могут быть присоединены к розетке. Сечение жил подбирается с запасом на один порядок. Это на тот случай, если возникнет необходимость запитать от розетки какой-то строительный инструмент: перфоратор, сварочный инвертор.

Если суммарная мощность потребителей в комнате будет составлять 4 кВт, то проводник с медной жилой, питающий розетку, должен быть сечением 2,5 мм2.

Внимание! Сечение токопроводящей жилы должно позволять выдерживать нагрузку по току и во время работы бытовой техники не перегреваться. На практике определяют прибор самой большой мощности и выбирают подходящий диаметр провода относительно характеристик прибора.

В итоге получается, что отводящий проводник с медными жилами на каждую розетку будет иметь сечение 2,5 мм2. Основной провод для разводки берут сечением 6 мм2. При этом следует учесть, что весь контур электропроводки выполняют проводами, имеющими жилы из одного материала. Скручивать между собой жилы из меди и алюминия нельзя.

Видео

Как определить сечение кабеля (провода) по диаметру

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 проводникаСечение проводника
0,8 мм0,5 мм2
0,98 мм0,75 мм2
1,13 мм1 мм2
1,38 мм1,5 мм2
1,6 мм2,0 мм2
1,78 мм2,5 мм2
2,26 мм4,0 мм2
2,76 мм6,0 мм2
3,57 мм10,0 мм2
4,51 мм16,0 мм2
5,64 мм25,0 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

Расчет сечения кабеля: зачем он необходим и как правильно выполнить

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.

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:

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.

Пример расчета сечения кабеля на примере BBГнг 3×1,5 и ABБбШв 4×16

Трехжильный кабель BBГнг 3×1,5 изготавливается из меди и предназначен для передачи и распределения электричества в жилых домах или обычных квартирах. Токопроводящие жилы в нем изолированы ПВХ (В), из него же состоит оболочка. Еще BBГнг 3×1,5 не распространяет горение нг(А), поэтому полностью безопасен при эксплуатации.

Кабель ABБбШв 4×16 четырехжильный, включает токопроводящие жилы из алюминия. Предназначен для прокладки в земле. Защита с помощью оцинкованных стальных лент обеспечивает кабелю срок службы до 30 лет. В компании «Бонком» вы можете приобрести кабельные изделия оптом и в розницу по приемлемой цене. На большом складе всегда есть в наличии вся продукция, что позволяет комплектовать заказы любого ассортимента.

Порядок расчета сечения по мощности

В общем виде расчет сечения кабеля по мощности происходит в 2 этапа. Для этого потребуются следующие данные:

  • Суммарная мощность всех приборов.
  • Тип напряжения сети: 220 В – однофазная, 380 В – трехфазная.
  • ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7.
  • Материал проводника: медь или алюминий.
  • Тип проводки: открытая или закрытая.

Шаг 1. Потребляемую мощность электроприборов можно найти в их инструкции или же взять средние характеристики. Формула для расчета общей мощности:

где P1, P2 и т. д. – мощность подключаемых приборов, Кс – коэффициент спроса, который учитывает вероятность включения всех приборов одновременно, Кз – коэффициент запаса на случай добавления новых приборов в доме. Кс определяется так:

  • для двух одновременно включенных приборов – 1;
  • для 3-4 – 0,8;
  • для 5-6 – 0,75;
  • для большего количества – 0,7.

Кз в расчете кабеля по нагрузке имеет смысл принять как 1,15-1,2. Для примера можно взять общую мощность в 5 кВт.

Шаг 2. На втором этапе остается по суммарной мощности определить сечение проводника. Для этого используется таблица расчета сечения кабеля из ПУЭ. В ней дана информация и для медных, и для алюминиевых проводников. При мощности 5 кВт и закрытой однофазной электросети подойдет медный кабель сечением 4 мм 2 .

Правила расчета по длине

Расчет сечения кабеля по длине предполагает, что владелец заранее определил, какое количество метров проводника потребуется для электропроводки. Таким методом пользуются, как правило, в бытовых условиях. Для расчета потребуются такие данные:

  • L – длина проводника, м. Для примера взято значение 40 м.
  • ρ – удельное сопротивление материала (медь или алюминий), Ом/мм 2 ·м: 0,0175 для меди и 0,0281 для алюминия.
  • I – номинальная сила тока, А.

Шаг 1. Определить номинальную силу тока по формуле:

где P – мощность в ваттах (суммарная всех приборов в доме, для примера взято значение 8 кВт), U – 220 В, Кс – коэффициент одновременного включения (0,75), cos φ – 1 для бытовых приборов. В примере получилось значение 36 А.

Шаг 2. Определить сечение проводника. Для этого нужно воспользоваться формулой (2):

Потеря напряжения по длине проводника должна быть не более 5%:

Потери напряжения dU = I · R, отсюда R = dU/I = 11/36 = 0,31 Ом. Тогда сечение проводника должно быть не меньше:

В случае с трехжильным кабелем площадь поперечного сечения одной жилы должна составить 0,75 мм 2 . Отсюда диаметр одной жилы должен быть не менее (S/ π) · 2 = 0,98 мм. Кабель BBГнг 3×1,5 удовлетворяет этому условию.

Как рассчитать сечение по току

Расчет сечения кабеля по току осуществляется также на основании ПУЭ, в частности, с использованием таблиц 1.3.6. и 1.3.7. Зная суммарную мощность электроприборов, можно по формуле определить номинальную силу тока:

Для трехфазной сети используется другая формула:

где U будет равно уже 380 В.

Если к трехфазному кабелю подключают и однофазных, и трехфазных потребителей, то расчет ведется по наиболее нагруженной жиле. Для примера с общей мощностью приборов, равной 5 кВт, и однофазной закрытой сети получается:

BBГнг 3×1,5 – медный трехжильный кабель. По таблице 1.3.6. для силы тока 18 А ближайшее в значение – 19 А (при прокладке в воздухе). При номинальной силе тока 19 А сечение его токопроводящей жилы должно составлять не менее 1,5 мм 2 . У кабеля BBГнг 3×1,5 одна жила имеет сечение S = π · r 2 = 3,14 · (1,5/2) 2 = 1,8 мм 2 , что полностью соответствует указанному требованию.

Если рассматривать кабель ABБбШв 4×16, необходимо брать данные из таблицы 1.3.7. ПУЭ, где указаны значения для алюминиевых проводов. Согласно ей, для четырехжильных кабелей значение тока должно определяться с коэффициентом 0,92. В рассматриваемом примере к 18 А ближайшее значение по таблице 1.3.7. составляет 19 А.

С учетом коэффициента 0,92 оно составит 17,48 А, что меньше 18 А. Поэтому необходимо брать следующее значение – 27 А. В таком случае сечение токопроводящей жилы кабеля должно составлять 4 мм 2 . У кабеля ABБбШв 4×16 сечение одной жилы равно:

Согласно таблице 1.3.7. этот кабель рациональнее использовать при номинальном токе 60 А (при прокладке по воздуху) и до 90 А (при прокладке в земле).

Площадь сечения проводов. Формулы и таблицы

Сечение провода – что это и как рассчитать

Выбору площади поперечного сечения проводов (иначе говоря, толщины) уделяется большое внимание на практике и в теории.

В этой статье попробуем разобраться с понятием “площадь сечения” и проанализируем справочные данные.

Расчет сечения провода

Строго говоря, понятие “толщина” для провода используется в разговорной речи, а более научные термины – диаметр и площадь сечения. На практике толщину провода всегда характеризуют площадью сечения.

Рассчитать сечение провода на практике можно очень просто. Зная диаметр (например, измерив его штангенциркулем), можно легко вычислить площадь сечения по формуле

S = π (D/2) 2 , где

  • S – площадь сечения провода, мм 2
  • π – 3,14
  • D – диаметр токопроводящей жилы провода, мм. Его можно измерить, например, штангенциркулем.

Формулу площади сечения провода можно записать в более удобном виде: S = 0,8 D².

Поправка. Откровенно говоря, 0,8 – округленный коэффициент. Более точная формула: π (1/2) 2 = π / 4 = 0,785. Спасибо внимательным читателям 😉

Рассмотрим только медный провод, поскольку в 90% в электропроводке и электромонтаже применяется именно он. Преимущества медных проводов перед алюминиевыми – удобство в монтаже, долговечность, меньшая толщина (при том же токе).

Но с ростом диаметра (площади сечения) высокая цена медного провода съедает все его преимущества, поэтому алюминий в основном применяют там, где ток превышает значение 50 Ампер. В данном случае используют кабель с алюминиевой жилой 10 мм 2 и толще.

Площадь сечения проводов измеряется в квадратных миллиметрах. Самые распространенные на практике (в бытовой электрике) площади сечения: 0,75, 1,5, 2,5, 4 мм 2

Есть и другая единица измерения площади сечения (толщины) провода, применяемая в основном в США, – система AWG. На Самэлектрике есть таблица сечений проводов по системе AWG и перевод из AWG в мм 2 .

По поводу подбора проводов – я обычно пользуюсь каталогами интернет-магазинов, вот пример медного. Там самый большой выбор, какой я встречал. Ещё хорошо, что всё подробно описывается – состав, применения, и т.д.

Рекомендую почитать также мою статью про выбор сечения провода для постоянного тока там много теоретических выкладок и рассуждений о падении напряжения, сопротивлении проводов для разных сечений, и какое сечение выбрать оптимальнее для разных допустимых падений напряжения.

И ещё статья – Падение напряжения на трехфазных кабельных линиях большой длины. приведен реальный пример объекта, приводятся формулы и рекомендации, как уменьшить потери. Потери на проводе прямо пропорциональны току и длине. И обратно пропорциональны сопротивлению.

При выборе площади сечения проводов следует руководствоваться тремя основными принципами.

  1. Площадь сечения провода (иначе говоря, его толщина) должна быть достаточной для прохождения через него электрического тока. Достаточной – это означает, что при прохождении максимально возможного в данном случае тока нагрев провода будет допустимым (как правило, не более 60 0 С)
  2. Сечение провода должно быть достаточным, чтобы падение напряжения на нём не превышало допустимое значение. Это особенно актуально для длинных кабельных линий (десятки и сотни метров) и больших токов.
  3. Толщина провода и его защитная изоляция должна обеспечивать его механическую прочность, а значит надежность.

Например, для питания люстры в гостиной используются лампочки с суммарной потребляемой мощностью 100 Вт (ток чуть более 0,5 А). Вроде бы, вполне достаточно проводов с площадью сечения 0,5 мм 2 ? Но какой электрик в здравом уме будет закладывать такой провод в потолочную плиту? В данном случае как правило применяют 1,5 мм 2 .

На самом деле, выбор толщины провода зависит от одного параметра – максимальной рабочей температуры. При превышении этой температуры провод и изоляция на нём начнут плавиться и разрушаться. Иначе говоря, максимальный рабочий ток для провода с определенным сечением ограничивается только максимальной его рабочей температурой. И временем, которое сможет проработать провод в таких условиях.

Ниже дана общеизвестная таблица сечения проводов для подбора площади сечения медных проводов в зависимости от тока. Исходные данные – площадь сечения проводника.

Максимальный ток для разной толщины медных проводов

Таблица 1

(Данные из таблицы 1.3.4 ПУЭ)

Сечение токо-проводящей жилы, мм 2Ток, А, для проводов, проложенных
открытов одной трубе
одного двух жильногоодного трех жильного
0,511
0,7515
1171514
1,2201614,5
1,5231815
2262319
2,5302521
3342824
4413227
5463731
6504034
8624843
10805550
161008070
2514010085
35170125100
50215160135
70270195175
95330245215
120385295250

Выделены номиналы проводов, используемых в бытовой электрике. “Один двужильный” – это кабель с двумя проводами, один из них – Фаза, другой – Ноль. То есть, это однофазное питание нагрузки. “Один Трехжильный” – это при трехфазном питании.

Эта таблица показывает, при каких токах и в каких условиях можно эксплуатировать провод данного сечения.

Животрепещущий пример из практики – если на розетке написано “Max.16A”, то можно для этой одной розетки проложить провод сечением 1,5мм 2 . Но обязательно защитить розетку автоматическим выключателем на ток не более 16А, а лучше – 13, или даже 10А. На эту тему можно почитать мою статью Про замену и выбор защитного автомата.

В таблице одножильный провод – означает, что рядом (на расстоянии менее 5 диаметров провода) не проходит больше никаких проводов. Двужильный провод – два провода рядом, как правило, в одной общей изоляции. Это более тяжелый тепловой режим, поэтому максимальный ток меньше. И чем больше проводов в кабеле или пучке, тем меньше должен быть максимальный ток для каждого проводника из-за возможного взаимного нагрева.

Эту таблицу я считаю не совсем удобной для практики. Ведь чаще всего исходный параметр – это мощность потребителя электроэнергии, а не ток, и исходя из этого нужно выбирать провод.

Как найти ток, зная мощность? Нужно мощность Р (Вт) поделить на напряжение (В), и получим ток (А):

I = P/U

Как найти мощность, зная ток? Нужно ток (А) умножить на напряжение (В), получим мощность (Вт):

P = I U

Эти формулы – для случая активной нагрузки (потребители в жилах помещениях, типа лампочек и утюгов). Для реактивной нагрузки обычно используется коэффициент от 0,7 до 0,9 (в промышленности, где работают мощные трансформаторы и электродвигатели).

Предлагаю вам вторую таблицу, в которой исходные параметры – потребляемый ток и мощность, а искомые величины – сечение провода и ток отключения защитного автоматического выключателя.

Выбор толщины провода и автоматического выключателя, исходя из потребляемой мощности и тока

Ниже – таблица выбора сечения провода, исходя из известной мощности или тока. А в правом столбце – выбор автоматического выключателя, который ставится в этот провод.

Таблица 2

Макс. мощность,
кВт
Макс. ток нагрузки,
А
Сечение
провода, мм 2
Ток автомата,
А
14.514-6
29.11.510
313.62.516
418.22.520
522.7425
627.3432
731.8432
836.4640
940.9650
1045.51050
1150.01050
1254.51663
1359.11663
1463.61680
1568.22580
1672.72580
1777.32580

Красным цветом выделены критические случаи, в которых лучше перестраховаться и не экономить на проводе, выбрав провод потолще, чем указано в таблице. А ток автомата – поменьше.

Глядя в табличку, можно легко выбрать сечение провода по току, либо сечение провода по мощности.

А также – выбрать автоматический выключатель под данную нагрузку.

В этой таблице данные приведены для следующего случая.

  • Одна фаза, напряжение 220 В
  • Температура окружающей среды +30 0 С
  • Прокладка в воздухе или коробе (в закрытом пространстве)
  • Провод трехжильный, в общей изоляции (кабель)
  • Используется наиболее распространенная система TN-S с отдельным проводом заземления
  • Достижение потребителем максимальной мощности – крайний, но возможный случай. При этом максимальный ток может действовать длительное время без отрицательных последствий.

Если температура окружающей среды будет на 20 0 С выше, или в жгуте будет несколько кабелей, то рекомендуется выбрать большее сечение (следующее из ряда). Особенно это касается тех случаев, когда значение рабочего тока близко к максимальному.

Вообще, при любых спорных и сомнительных моментах, например

  • возможное в будущем увеличение нагрузки
  • большие пусковые токи
  • большие перепады температур (электрический провод на солнце)
  • пожароопасные помещения

нужно либо увеличивать толщину проводов, либо более детально подойти к выбору – обратиться к формулам, справочникам. Но, как правило, табличные справочные данные вполне пригодны для практики.

Толщину провода можно узнать не только из справочных данных. Существует эмпирическое (полученное опытным путем) правило:

Правило выбора площади сечения провода для максимального тока

Подобрать нужную площадь сечения медного провода исходя из максимального тока можно, используя такое простое правило:

Необходимая площадь сечения провода равна максимальному току, деленному на 10.

Это правило дается без запаса, впритык, поэтому полученный результат необходимо округлять в большую сторону до ближайшего типоразмера. Например, ток 32 Ампер. Нужен провод сечением 32/10 = 3,2 мм 2 . Выбираем ближайший (естественно, в бОльшую сторону) – 4 мм 2 . Как видно, это правило вполне укладывается в табличные данные.

Важное замечание. Это правило работает хорошо для токов до 40 Ампер. Если токи больше (это уже за пределами обычной квартиры или дома, такие токи на вводе) – надо выбирать провод с ещё большим запасом – делить не на 10, а на 8 (до 80 А)

То же правило можно озвучить для поиска максимального тока через медный провод при известной его площади:

Максимальный ток равен площади сечения умножить на 10.

И в заключение – опять про старый добрый алюминиевый провод.

Алюминий пропускает ток хуже, чем медь. Этого знать достаточно, но вот немного цифр. Для алюминия (того же сечения, что и медный провод) при токах до 32 А максимальный ток будет меньше, чем для меди всего на 20%. При токах до 80 А алюминий пропускает ток хуже на 30%.

Для алюминия эмпирическое правило будет таким:

Максимальный ток алюминиевого провода равен площади сечения умножить на 6.

Считаю, что знаний, приведенных в данной статье, вполне достаточно, чтобы выбрать провод по соотношениям “цена/толщина”, “толщина/рабочая температура” и “толщина/максимальный ток и мощность”.

Вот в принципе и всё что хотел рассказать про площадь сечения проводов. Если что-то не понятно или есть что добавить – спрашивайте и пишите в комментариях. Если интересно, что я буду публиковать на блоге СамЭлектрик дальше – подписывайтесь на получение новых статей.

Таблица зависимости тока защитного автомата (предохранителя) от сечения

(Дополнение к статье, июнь 2014)

А вот как к максимальному току в зависимости от площади сечения провода относятся немцы. В правом столбце – рекомендация по выбору автоматического (защитного) выключателя.

Таблица 3

Таблица выбора защитного автомата для разного сечения проводов

Как видно, немцы перестраховываются, и предусматривают больший запас по сравнению с нами.

Хотя, возможно, это от того, что таблица взята из инструкции из “стратегического” промышленного оборудования.

По поводу подбора проводов — я обычно пользуюсь каталогами интернет-магазинов, вот пример медного. Там самый большой выбор какой я встречал. Ещё хорошо, что все подробно описывается — состав, применения, и т.д.

Диаметр кабеля по сечению таблица, как расчитать

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:

  1. 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;
  2. 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;
  3. 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.

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).

Особенности электрических проводов

Наиболее широкое применение находят марки проводов ПУHП и ПУГHП, а также ВПП, ПHCB и PKГM, которые обладают следующими, очень важными для получения безопасного подключения основными техническими характеристиками:

  • ПУНП — плоское проводное изделие установочного или так называемого монтажного типа, с однопроволочными жилами из меди в ПВХ-изоляции. Такая разновидность отличается количеством жил, а также номинальным напряжением в пределах 250 В с частотой 50 Гц и температурным эксплуатационным режимом от минус 15 °C до плюс 50 °C;
  • ПУГНП — гибкая разновидность с многопроволочными жилами. Основные показатели, которые представлены номинальным уровнем напряжения, частотой и температурным эксплуатационным режимом, не отличаются от аналогичных данных ПУHП;
  • AПB — алюминиевая одножильная разновидность, круглый провод, имеющий защитную ПВХ-изоляцию и однопроволочную или многопроволочную жилу. Отличием данного вида является устойчивость к повреждениям механического типа, вибрациям и химическим соединениям. Температурный эксплуатационный режим составляет от минус 50 °C до плюс 70 °C;
  • ПBC — многожильная медная разновидность с ПBX-изоляцией, придающей проводу высокие показатели плотности и традиционную округлую форму. Термоустойчивая жила рассчитана для номинального уровня 380 В при частоте 50 Гц;
  • PKГM — силовая монтажная разновидность, представленная одножильным медным проводом с кремнийорганической резиновой или стекловолоконной изоляцией, пропитанной термостойким составом. Температурный эксплуатационный режим составляет от минус 60 °C до плюс 180 °C;
  • ПHCB — нагревательная одножильная разновидность в виде однопроволочного провода на основе оцинкованной или вороненой стали. Температурный эксплуатационный режим составляет от минус 50 °C до плюс 80 °C;
  • ВПП — одножильная медная разновидность с многопроволочной жилой и изоляцией на основе ПBX или полиэтилена. Температурный эксплуатационный режим составляет от минус 40 °C до плюс 80 °C.

В условиях невысокой мощности применяется медный провод ШBBП с защитной внешней ПBX-изоляцией. Многопроволочного типа жила обладает прекрасными показателями гибкости, а само проводное изделие рассчитано максимум на 380 В, при частоте в пределах 50 Гц.

Проводные изделия самых распространенных типов реализуются в бухтах, и чаще всего имеют белое окрашивание изоляции.

Площадь поперечного сечения проводника

В последние годы отмечается заметное понижение качественных характеристик изготавливаемой кабельной продукции, в результате чего страдают показатели сопротивления — сечение проводов. Диаметр любого проводника в обязательном порядке должен обладать соответствием всем заявленным производителем параметрам.

Любое отклонение, составляющее даже 15-20 %, может стать причиной значительного перегрева электрической проводки или оплавления изоляционного материала, поэтому выбору площади или толщины проводника нужно уделять повышенное внимание не только на практике, но и с точки зрения теории.

Поперечное сечение проводников

Параметры, наиболее важные для правильного выбора сечения проводника, отражены в следующих рекомендациях:

  • толщина проводника — достаточная для беспрепятственного прохождения электротока, при максимально возможном нагреве провода в пределах 60 °C;
  • сечение проводника — достаточное для резкого понижения напряжения, не превышающего допустимые показатели, что особенно важно для очень длинной электропроводки и значительных токов.

Особое внимание требуется уделять максимальным показателям рабочего температурного режима, при превышении которого проводник и защитная изоляция приходят в негодность.

Сечением используемого проводника и его защитной изоляцией должна в обязательном порядке обеспечиваться полноценная механическая прочность и надежность электрической проводки.

Формула поперечного сечения проводника

Как правило, провода обладают круглым сечением, но допустимые токовые показатели должны рассчитываться согласно площади поперечного сечения. С целью самостоятельного определения площади сечения в одножильном или многожильном проводе осторожно вскрывается оболочка, представляющая собой изоляцию, после чего в одножильном проводнике замеряется диаметр.

Площадь определяется в соответствии с хорошо известной даже школьникам физической формулой:

S = π х D²/4 или S = 0,8 х D², где:

  • S является площадью сечения в мм2;
  • π — число π, стандартная величина, равная 3,14;
  • D является диаметром в мм.

Проводник

Замеры многожильного провода потребуют его предварительного распушения, а также последующего подсчета количества всех жилок внутри пучка. Затем измеряется диаметр одного составляющего элемента и вычисляется площадь сечения в соответствии со стандартной формулой, указанной выше. На заключительном этапе замеров суммируются площади жилок с целью определения показателей их общего сечения.

С целью определения диаметра проводной жилы используется микрометр или штангенциркуль, но при необходимости можно воспользоваться стандартной ученической линейкой или сантиметром. Замеряемую жилку провода нужно максимально плотно намотать на палочку двумя десятками витков. При помощи линейки или сантиметра требуется замерить расстояние намотки в мм, после чего показатели используются в формуле:

D = l/n,

Где:

  • l представлено расстоянием намотки жилки в мм;
  • n является числом витков.

Следует отметить, что большее сечение провода позволяет обеспечивать запас по показателям тока, в результате чего уровень нагрузки на электропроводку можно незначительно превышать.

Чтобы самостоятельно определить проводное сечение монолитной жилы, требуется посредством обычного штангенциркуля или микрометра выполнить замеры диаметра внутренней части кабеля без защитной изоляции.

Таблица соответствия диаметров проводов и площади их сечения

Определение кабельного или проводного сечения по стандартной физической формуле относится к числу достаточно трудоемких и сложных процессов, не гарантирующих получение максимально точной результативности, поэтому целесообразно использовать с этой целью специальные, уже готовые табличные данные.

Диаметр кабельной жилыПоказатели сеченияПроводники с жилой медного типа
Мощность в условиях сети 220 ВТокМощность в условиях сети 380 В
1,12 мм1,0 мм23,0 кВт14 А5,3 кВт
1,38 мм1,5 мм23,3 кВт15 А5,7 кВт
1,59 мм2,0 мм24,1 кВт19 А7,2 кВт
1,78 мм2,5 мм24,6 кВт21 А7,9 кВт
2,26 мм4,0 мм25,9 кВт27 А10,0 кВт
2,76 мм6,0 мм27,7 кВт34 А12,0 кВт
3,57 мм10,0 мм211,0 кВт50 А19,0 кВт
4,51 мм16,0 мм217,0 кВт80 А30,0 кВт
5,64 мм25,0 мм222,0 кВт100 А38,0 кВт
6,68 мм35,0 мм229,0 кВт135 А51,0 кВт

Расчет сечения кабеля: зачем он необходим и как правильно выполнить

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.

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.

Пример расчета сечения кабеля на примере BBГнг 3×1,5 и ABБбШв 4×16

Трехжильный кабель BBГнг 3×1,5 изготавливается из меди и предназначен для передачи и распределения электричества в жилых домах или обычных квартирах. Токопроводящие жилы в нем изолированы ПВХ (В), из него же состоит оболочка. Еще BBГнг 3×1,5 не распространяет горение нг(А), поэтому полностью безопасен при эксплуатации.

Кабель ABБбШв 4×16 четырехжильный, включает токопроводящие жилы из алюминия. Предназначен для прокладки в земле. Защита с помощью оцинкованных стальных лент обеспечивает кабелю срок службы до 30 лет. В компании «Бонком» вы можете приобрести кабельные изделия оптом и в розницу по приемлемой цене. На большом складе всегда есть в наличии вся продукция, что позволяет комплектовать заказы любого ассортимента.

Порядок расчета сечения по мощности

В общем виде расчет сечения кабеля по мощности происходит в 2 этапа. Для этого потребуются следующие данные:

  • Суммарная мощность всех приборов.
  • Тип напряжения сети: 220 В – однофазная, 380 В – трехфазная.
  • ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7.
  • Материал проводника: медь или алюминий.
  • Тип проводки: открытая или закрытая.

Шаг 1. Потребляемую мощность электроприборов можно найти в их инструкции или же взять средние характеристики. Формула для расчета общей мощности:

ΣP = (P₁ + Р₂ + … + Рₙ) · Кс · Кз,

где P1, P2 и т. д. – мощность подключаемых приборов, Кс – коэффициент спроса, который учитывает вероятность включения всех приборов одновременно, Кз – коэффициент запаса на случай добавления новых приборов в доме. Кс определяется так:

  • для двух одновременно включенных приборов – 1;
  • для 3-4 – 0,8;
  • для 5-6 – 0,75;
  • для большего количества – 0,7.

Кз в расчете кабеля по нагрузке имеет смысл принять как 1,15-1,2. Для примера можно взять общую мощность в 5 кВт.

Шаг 2. На втором этапе остается по суммарной мощности определить сечение проводника. Для этого используется таблица расчета сечения кабеля из ПУЭ. В ней дана информация и для медных, и для алюминиевых проводников. При мощности 5 кВт и закрытой однофазной электросети подойдет медный кабель сечением 4 мм2.

Правила расчета по длине

Расчет сечения кабеля по длине предполагает, что владелец заранее определил, какое количество метров проводника потребуется для электропроводки. Таким методом пользуются, как правило, в бытовых условиях. Для расчета потребуются такие данные:

  • L – длина проводника, м. Для примера взято значение 40 м.
  • ρ – удельное сопротивление материала (медь или алюминий), Ом/мм2·м: 0,0175 для меди и 0,0281 для алюминия.
  • I – номинальная сила тока, А.

Шаг 1. Определить номинальную силу тока по формуле:

I = (P · Кс) / (U · cos ϕ) = 8000/220 = 36 А,

где P – мощность в ваттах (суммарная всех приборов в доме, для примера взято значение 8 кВт), U – 220 В, Кс – коэффициент одновременного включения (0,75), cos φ – 1 для бытовых приборов. В примере получилось значение 36 А.

Шаг 2. Определить сечение проводника. Для этого нужно воспользоваться формулой (2):

R = ρ · L/S.

Потеря напряжения по длине проводника должна быть не более 5%:

dU = 0,05 · 220 В = 11 В.

Потери напряжения dU = I · R, отсюда R = dU/I = 11/36 = 0,31 Ом. Тогда сечение проводника должно быть не меньше:

S = ρ · L/R = 0,0175 · 40/0,31 = 2,25 мм2.

В случае с трехжильным кабелем площадь поперечного сечения одной жилы должна составить 0,75 мм2. Отсюда диаметр одной жилы должен быть не менее (√S/ π) · 2 = 0,98 мм. Кабель BBГнг 3×1,5 удовлетворяет этому условию.

Как рассчитать сечение по току

Расчет сечения кабеля по току осуществляется также на основании ПУЭ, в частности, с использованием таблиц 1.3.6. и 1.3.7. Зная суммарную мощность электроприборов, можно по формуле определить номинальную силу тока:

I = (P · Кс) / (U · cos ϕ).

Для трехфазной сети используется другая формула:

I=P/(U√3cos φ),

где U будет равно уже 380 В.

Если к трехфазному кабелю подключают и однофазных, и трехфазных потребителей, то расчет ведется по наиболее нагруженной жиле. Для примера с общей мощностью приборов, равной 5 кВт, и однофазной закрытой сети получается:

I = (P · Кс) / (U · cos ϕ) = (5000 · 0,75) / (220 · 1) = 17,05 А, при округлении 18 А.

BBГнг 3×1,5 – медный трехжильный кабель. По таблице 1.3.6. для силы тока 18 А ближайшее в значение – 19 А (при прокладке в воздухе). При номинальной силе тока 19 А сечение его токопроводящей жилы должно составлять не менее 1,5 мм2. У кабеля BBГнг 3×1,5 одна жила имеет сечение S = π · r2 = 3,14 · (1,5/2)2 = 1,8 мм2, что полностью соответствует указанному требованию.

Если рассматривать кабель ABБбШв 4×16, необходимо брать данные из таблицы 1.3.7. ПУЭ, где указаны значения для алюминиевых проводов. Согласно ей, для четырехжильных кабелей значение тока должно определяться с коэффициентом 0,92. В рассматриваемом примере к 18 А ближайшее значение по таблице 1.3.7. составляет 19 А.

С учетом коэффициента 0,92 оно составит 17,48 А, что меньше 18 А. Поэтому необходимо брать следующее значение – 27 А. В таком случае сечение токопроводящей жилы кабеля должно составлять 4 мм2. У кабеля ABБбШв 4×16 сечение одной жилы равно:

S = π · r2 = 3,14 · (4,5/2)2 = 15,89 мм2.

Согласно таблице 1.3.7. этот кабель рациональнее использовать при номинальном токе 60 А (при прокладке по воздуху) и до 90 А (при прокладке в земле).

Расчёт для многожильного провода

Многожильный провод (многопроволочный) представляет собой свитые вместе одножильные проволоки. Кто хоть немного дружит с математикой, тот прекрасно понимает, что необходимо посчитать количество этих проволочек в многожильном проводе. После этого измеряется сечение одной тонкой проволочки и умножается на их общее количество. Рассмотрим следующие варианты.

Расчёт с помощью штангенциркуля

Измерение проводится штангенциркулем с обычной шкалой (или микрометром). У опытных мастеров этот инструмент всегда находится под рукой, но не все же профессионально занимаются электрикой.

Для этого на примере кабеля ВВГнг разрежьте ножом толстую оболочку и разведите жилы в разные стороны.

Потом выберете одну жилу и зачистите ножом или ножницами. Далее произведите замер этой жилы. Должен получиться размер 1,8 мм. В качестве доказательства правильности измерения обратитесь к расчетам.

Полученная в результате вычисления цифра 2,54 мм2 – это фактическое сечение жилы.

Измерение с помощью ручки или карандаша

Если у вас не оказалось под рукой штангенциркуля, то можно воспользоваться подручными методами, используя карандаш и линейку. Сначала возьмите измеряемый провод, зачистите его и намотайте на карандаш или ручку так, чтобы витки ложились вплотную друг другу. Чем больше витков, тем лучше. Теперь подсчитаем количество намотанных витков и измерим их общую длину.

К примеру, получилось 10 витков с общей длиной намотки 18 мм. Нетрудно подсчитать диаметр одного витка, для этого общую длину делим на количество витков.

В результате всех производимых расчётов по формуле получите искомый диаметр жилы. В этом случае он составляет 1,8 мм. Так как диаметр одной жилы известен, то нетрудно посчитать сечение всего провода ВВГнг по известной уже формуле.

Можно заметить, что результаты получились равными.

Использование таблиц

Как можно узнать и измерить сечение кабеля, если под рукой не оказалось ни штангенциркуля, ни линейки, ни микрометра. Вместо того чтобы ломать себе голову над сложными математическими формулами, достаточно вспомнить, что есть уже готовые таблицы значений для измерения сечения кабеля. Существуют, конечно, очень сложные таблицы с множеством параметров, но, в принципе, для начала достаточно воспользоваться самой простой из двух колонок. В первой колонке вписывается диаметр проводника, а во второй колонке приводятся готовые значения сечения провода.

Таблица сечения проводя для закрытой проводки

Существует и другой «приблизительный» метод, который не требует измерения толщины отдельных проводков. Можно просто измерить сечение (диаметр) всего толстого свитка. Таким методом обычно пользуются опытные электрики. Они могут узнать сечение кабеля как «на глаз», так и с помощью инструментов.

Параллельное соединение проводов электропроводки

Бывают безвыходные ситуации, когда срочно нужно проложить проводку, а провода требуемого сечения в наличии нет. В таком случае, если есть провод меньшего, чем необходимо, сечения, то можно проводку сделать из двух и более проводов, соединив их параллельно. Главное, чтобы сумма сечений каждого из них была не меньше расчетной.

Например, есть три провода сечением 2, 3 и 5 мм², а нужен по расчетам 10 мм². Соединяете их все параллельно, и проводка будет выдерживать ток до 50 ампер. Да Вы и сами многократно видели параллельное соединение большего количества тонких проводников для передачи больших токов. Например, для сварки используется ток до 150 А и для того, чтобы сварщик мог управлять электродом, нужен гибкий провод. Его и делают из сотен параллельно соединенных тонких медных проволочек.

В автомобиле аккумулятор к бортовой сети тоже подключают с помощью такого же гибкого многожильного провода, так как во время пуска двигателя стартер потребляет от аккумулятора ток до 100 А. А при установке и снятии аккумулятора необходимо провода отводить в сторону, то есть провод должен быть достаточно гибким.

Способ увеличения сечения электропровода путем параллельного соединения нескольких проводов разного диаметра можно использовать только в крайнем случае. При прокладке домашней электропроводки допустимо соединять параллельно только провода одинакового сечения, взятые из одной бухты.

Источники

  • https://electric-220.ru/sechenie-provoda-kabelja-po-diametru-formula-tablica
  • https://proprovoda.ru/provodka/provoda-i-kabelya/poperechnoe-sechenie-provodnika.html
  • https://www.boncom.by/papers/raschet-secheniya-kabelya
  • https://220.guru/electroprovodka/provoda-kabeli/kak-uznat-sechenie.html

[свернуть]

Cat 5 Модель поперечного сечения кабеля

Контекст 1

… простая поведенческая модель может использоваться для оценки задержки и статических резистивных потерь одной пары проводов. Однако он не предоставляет никакой информации о перекрестных помехах на ближнем и дальнем концах или частотно-зависимом затухании, критических аспектах, влияющих на BER. Вышеупомянутый модуль также может быть написан в других средах моделирования, таких как MatlabTM, но его необходимо расширить для моделирования до восьми или более связанных линий передачи.Эти уравнения, представленные в векторной форме, требуют манипуляции с матрицей (изменения базиса) для разделения поведения линии передачи и передовых численных методов для обеспечения сходимости и стабильности. К счастью, этот код уже написан и содержится в симуляторе схем HSpiceTM [2]. Таким образом, HspiceTM имеет преимущество встроенного решателя поля для расчета матриц связи в дополнение к возможности точного моделирования схем. На рисунке 4 показана упрощенная двухмерная модель кабеля Cat-5.Два набора полярных координат определяют относительное положение каждого провода в фиксированном положении по длине кабеля. Эти координаты определяют электромагнитную связь, рассчитываемую решателем поля в каждой точке скрутки кабеля. Расчет поля реализован как часть модели линии передачи Hspice «W». Каждый медный провод в этой модели имеет диаметр 0,5 мм с изоляцией 0,2 мм. Предполагаемая относительная диэлектрическая проницаемость изоляции равна 4. Моделирование проводилось с использованием ε r = 4 (крайне пессимистично) во всем пространстве, занимаемом 15-метровыми проводами.На рис. 5 показан импульс, возвращающийся к источнику с использованием согласующего резистора разных номиналов. Эти результаты показывают, что дифференциальное сопротивление кабеля составляет примерно 70 Ом с задержкой передачи 200 нс на 30 м. Настоящие кабели cat5 имеют Zo ~ 100 Ом и задержку примерно 140 нс для этой длины кабеля. Это указывает на то, что эффективная диэлектрическая проницаемость кабеля меньше ε r изолятора. Рисунок 4 показывает, что пространство, занимаемое электронным полем, в основном является воздухом. Используя ε r = 1.8 (ближе к воздуху, чем изолятор) дает Zo ~ 100 Ом с задержкой примерно 4,6 нс / м. При этом значении ε r затухание импульса 400 пс на 100 м составляет примерно 29 дБ (рисунок 6). Потери для импульса 5 нс составляют 10 дБ на 100 м. Обратите внимание, что это для фиксированного набора углов ориентации кабеля. Более высокие потери ожидаются, если принять во внимание изменения импеданса вдоль кабеля и увеличенную длину из-за скручивания. На рисунке 7 показаны перекрестные помехи на дальнем конце ~ 27 дБ от внутренней пары проводов к внешним трем парам проводов, показанным на рисунке 4, для фиксированного набора углов ориентации скручивания.Это уменьшается примерно до 20 дБ на основной частоте 1,25 ГГц (рисунок 8). На рис. 9 показаны перекрестные помехи на ближнем конце, составляющие ~ 22 дБ, от внутренней пары проводов к трем внешним парам проводов, показанным на рис. 4, для фиксированного набора углов ориентации скручивания. Это остается примерно 22 дБ на основной частоте 1,25 ГГц (рисунок 10). На рисунке 11 показан один и тот же 100-метровый кабель, разделенный на четыре секции, каждая витая пара повернута на другой угол в каждой секции. Три неоднородности импеданса вызывают отражения и нестабильность на двух более высоких частотах, что делает результаты моделирования сомнительными.На рис. 12 показана глазковая диаграмма для одиночного 15-метрового кабеля со случайным сигналом на всех парах проводов. Отверстие глаза соответствует центральной области каждого дифференциального сигнала, не заслоненной горизонтальными линиями. Джиттер можно рассматривать как временную неопределенность при дифференциальном кроссовере, и он невелик для синхросигнала 1/10 частоты. На рисунке 13 показаны ухудшенные результаты с использованием того же набора сигналов и длины кабеля, но с разделением кабеля на четыре части и случайным скручиванием пар. Обратите внимание, что эта модель приводит к значительно большему джиттеру, не представляя при этом различия в задержках из-за различий в эффективной длине, как следствие изменения крутки между парами сигналов.Комбинация решателя поля и многопроводной модели W в Hspice может использоваться для моделирования всех основных характеристик ухудшения сигнала, таких как частотно-зависимые потери, задержка, связь на ближнем и дальнем концах, а также влияние разрывов для различных геометрий кабеля UTP. Модель 8-проводного кабеля [3] была разработана и проверена на соответствие опубликованным измерениям. Модель дает пессимистический взгляд на перекрестные помехи и межпарную связь. Ключевые аспекты отклонения межсоединений, отраженные в модели…

Контекст 2

… простая поведенческая модель может использоваться для оценки задержки и статических резистивных потерь в одиночной паре проводов. Однако он не предоставляет никакой информации о перекрестных помехах на ближнем и дальнем концах или частотно-зависимом затухании, критических аспектах, влияющих на BER. Вышеупомянутый модуль также может быть написан в других средах моделирования, таких как MatlabTM, но его необходимо расширить для моделирования до восьми или более связанных линий передачи. Эти уравнения, представленные в векторной форме, требуют манипуляции с матрицей (изменения базиса) для разделения поведения линии передачи и передовых численных методов для обеспечения сходимости и стабильности.К счастью, этот код уже написан и содержится в симуляторе схем HSpiceTM [2]. Таким образом, HspiceTM имеет преимущество встроенного решателя поля для расчета матриц связи в дополнение к возможности точного моделирования схем. На рисунке 4 показана упрощенная двухмерная модель кабеля Cat-5. Два набора полярных координат определяют относительное положение каждого провода в фиксированном положении по длине кабеля. Эти координаты определяют электромагнитную связь, рассчитываемую решателем поля в каждой точке скрутки кабеля.Расчет поля реализован как часть модели линии передачи Hspice «W». Каждый медный провод в этой модели имеет диаметр 0,5 мм с изоляцией 0,2 мм. Предполагаемая относительная диэлектрическая проницаемость изоляции равна 4. Моделирование проводилось с использованием ε r = 4 (крайне пессимистично) во всем пространстве, занимаемом 15-метровыми проводами. На рис. 5 показан импульс, возвращающийся к источнику с использованием согласующего резистора разных номиналов. Эти результаты показывают, что дифференциальное сопротивление кабеля составляет примерно 70 Ом с задержкой передачи 200 нс на 30 м.Настоящие кабели cat5 имеют Zo ~ 100 Ом и задержку примерно 140 нс для этой длины кабеля. Это указывает на то, что эффективная диэлектрическая проницаемость кабеля меньше ε r изолятора. Рисунок 4 показывает, что пространство, занимаемое электронным полем, в основном является воздухом. Использование ε r = 1,8 (ближе к воздуху, чем изолятор) дает Zo ~ 100 Ом с задержкой примерно 4,6 нс / м. При этом значении ε r затухание импульса 400 пс на 100 м составляет примерно 29 дБ (рисунок 6). Потери для импульса 5 нс составляют 10 дБ на 100 м.Обратите внимание, что это для фиксированного набора углов ориентации кабеля. Более высокие потери ожидаются, если принять во внимание изменения импеданса вдоль кабеля и увеличенную длину из-за скручивания. На рисунке 7 показаны перекрестные помехи на дальнем конце ~ 27 дБ от внутренней пары проводов к внешним трем парам проводов, показанным на рисунке 4, для фиксированного набора углов ориентации скручивания. Это уменьшается примерно до 20 дБ на основной частоте 1,25 ГГц (рисунок 8). На рис. 9 показаны перекрестные помехи на ближнем конце, составляющие ~ 22 дБ, от внутренней пары проводов к трем внешним парам проводов, показанным на рис. 4, для фиксированного набора углов ориентации скручивания.Это остается примерно 22 дБ на основной частоте 1,25 ГГц (рисунок 10). На рисунке 11 показан один и тот же 100-метровый кабель, разделенный на четыре секции, каждая витая пара повернута на другой угол в каждой секции. Три неоднородности импеданса вызывают отражения и нестабильность на двух более высоких частотах, что делает результаты моделирования сомнительными. На рис. 12 показана глазковая диаграмма для одиночного 15-метрового кабеля со случайным сигналом на всех парах проводов. Отверстие глаза соответствует центральной области каждого дифференциального сигнала, не заслоненной горизонтальными линиями.Джиттер можно рассматривать как временную неопределенность при дифференциальном кроссовере, и он невелик для синхросигнала 1/10 частоты. На рисунке 13 показаны ухудшенные результаты с использованием того же набора сигналов и длины кабеля, но с разделением кабеля на четыре части и случайным скручиванием пар. Обратите внимание, что эта модель приводит к значительно большему джиттеру, не представляя при этом различия в задержках из-за различий в эффективной длине, как следствие изменения крутки между парами сигналов. Комбинация решателя поля и многопроводной модели W в Hspice может использоваться для моделирования всех основных характеристик ухудшения сигнала, таких как частотно-зависимые потери, задержка, связь на ближнем и дальнем концах, а также влияние разрывов для различных геометрий кабеля UTP.Модель 8-проводного кабеля [3] была разработана и проверена на соответствие опубликованным измерениям. Модель дает пессимистический взгляд на перекрестные помехи и межпарную связь. Ключевые аспекты отклонений межсоединений, зафиксированные в модели …

Контекст 3

… простая поведенческая модель может использоваться для оценки задержки и статических резистивных потерь в одной паре проводов. Однако он не предоставляет никакой информации о перекрестных помехах на ближнем и дальнем концах или частотно-зависимом затухании, критических аспектах, влияющих на BER.Вышеупомянутый модуль также может быть написан в других средах моделирования, таких как MatlabTM, но его необходимо расширить для моделирования до восьми или более связанных линий передачи. Эти уравнения, представленные в векторной форме, требуют манипуляции с матрицей (изменения базиса) для разделения поведения линии передачи и передовых численных методов для обеспечения сходимости и стабильности. К счастью, этот код уже написан и содержится в симуляторе схем HSpiceTM [2].Таким образом, HspiceTM имеет преимущество встроенного решателя поля для расчета матриц связи в дополнение к возможности точного моделирования схем. На рисунке 4 показана упрощенная двухмерная модель кабеля Cat-5. Два набора полярных координат определяют относительное положение каждого провода в фиксированном положении по длине кабеля. Эти координаты определяют электромагнитную связь, рассчитываемую решателем поля в каждой точке скрутки кабеля. Расчет поля реализован как часть модели линии передачи Hspice «W».Каждый медный провод в этой модели имеет диаметр 0,5 мм с изоляцией 0,2 мм. Предполагаемая относительная диэлектрическая проницаемость изоляции равна 4. Моделирование проводилось с использованием ε r = 4 (крайне пессимистично) во всем пространстве, занимаемом 15-метровыми проводами. На рис. 5 показан импульс, возвращающийся к источнику с использованием согласующего резистора разных номиналов. Эти результаты показывают, что дифференциальное сопротивление кабеля составляет примерно 70 Ом с задержкой передачи 200 нс на 30 м. Настоящие кабели cat5 имеют Zo ~ 100 Ом и задержку примерно 140 нс для этой длины кабеля.Это указывает на то, что эффективная диэлектрическая проницаемость кабеля меньше ε r изолятора. Рисунок 4 показывает, что пространство, занимаемое электронным полем, в основном является воздухом. Использование ε r = 1,8 (ближе к воздуху, чем изолятор) дает Zo ~ 100 Ом с задержкой примерно 4,6 нс / м. При этом значении ε r затухание импульса 400 пс на 100 м составляет примерно 29 дБ (рисунок 6). Потери для импульса 5 нс составляют 10 дБ на 100 м. Обратите внимание, что это для фиксированного набора углов ориентации кабеля.Более высокие потери ожидаются, если принять во внимание изменения импеданса вдоль кабеля и увеличенную длину из-за скручивания. На рисунке 7 показаны перекрестные помехи на дальнем конце ~ 27 дБ от внутренней пары проводов к внешним трем парам проводов, показанным на рисунке 4, для фиксированного набора углов ориентации скручивания. Это уменьшается примерно до 20 дБ на основной частоте 1,25 ГГц (рисунок 8). На рис. 9 показаны перекрестные помехи на ближнем конце, составляющие ~ 22 дБ, от внутренней пары проводов к трем внешним парам проводов, показанным на рис. 4, для фиксированного набора углов ориентации скручивания.Это остается примерно 22 дБ на основной частоте 1,25 ГГц (рисунок 10). На рисунке 11 показан один и тот же 100-метровый кабель, разделенный на четыре секции, каждая витая пара повернута на другой угол в каждой секции. Три неоднородности импеданса вызывают отражения и нестабильность на двух более высоких частотах, что делает результаты моделирования сомнительными. На рис. 12 показана глазковая диаграмма для одиночного 15-метрового кабеля со случайным сигналом на всех парах проводов. Отверстие глаза соответствует центральной области каждого дифференциального сигнала, не заслоненной горизонтальными линиями.Джиттер можно рассматривать как временную неопределенность при дифференциальном кроссовере, и он невелик для синхросигнала 1/10 частоты. На рисунке 13 показаны ухудшенные результаты с использованием того же набора сигналов и длины кабеля, но с разделением кабеля на четыре части и случайным скручиванием пар. Обратите внимание, что эта модель приводит к значительно большему джиттеру, не представляя при этом различия в задержках из-за различий в эффективной длине, как следствие изменения крутки между парами сигналов. Комбинация решателя поля и многопроводной модели W в Hspice может использоваться для моделирования всех основных характеристик ухудшения сигнала, таких как частотно-зависимые потери, задержка, связь на ближнем и дальнем концах, а также влияние разрывов для различных геометрий кабеля UTP.Модель 8-проводного кабеля [3] была разработана и проверена на соответствие опубликованным измерениям. Модель дает пессимистический взгляд на перекрестные помехи и межпарную связь. Ключевые аспекты отклонений межсоединений, зафиксированные в модели …

Контекст 4

… простая поведенческая модель может использоваться для оценки задержки и статических резистивных потерь в одиночной паре проводов. Однако он не предоставляет никакой информации о перекрестных помехах на ближнем и дальнем концах или частотно-зависимом затухании, критических аспектах, влияющих на BER.Вышеупомянутый модуль также может быть написан в других средах моделирования, таких как MatlabTM, но его необходимо расширить для моделирования до восьми или более связанных линий передачи. Эти уравнения, представленные в векторной форме, требуют манипуляции с матрицей (изменения базиса) для разделения поведения линии передачи и передовых численных методов для обеспечения сходимости и стабильности. К счастью, этот код уже написан и содержится в симуляторе схем HSpiceTM [2].Таким образом, HspiceTM имеет преимущество встроенного решателя поля для расчета матриц связи в дополнение к возможности точного моделирования схем. На рисунке 4 показана упрощенная двухмерная модель кабеля Cat-5. Два набора полярных координат определяют относительное положение каждого провода в фиксированном положении по длине кабеля. Эти координаты определяют электромагнитную связь, рассчитываемую решателем поля в каждой точке скрутки кабеля. Расчет поля реализован как часть модели линии передачи Hspice «W».Каждый медный провод в этой модели имеет диаметр 0,5 мм с изоляцией 0,2 мм. Предполагаемая относительная диэлектрическая проницаемость изоляции равна 4. Моделирование проводилось с использованием ε r = 4 (крайне пессимистично) во всем пространстве, занимаемом 15-метровыми проводами. На рис. 5 показан импульс, возвращающийся к источнику с использованием согласующего резистора разных номиналов. Эти результаты показывают, что дифференциальное сопротивление кабеля составляет примерно 70 Ом с задержкой передачи 200 нс на 30 м. Настоящие кабели cat5 имеют Zo ~ 100 Ом и задержку примерно 140 нс для этой длины кабеля.Это указывает на то, что эффективная диэлектрическая проницаемость кабеля меньше ε r изолятора. Рисунок 4 показывает, что пространство, занимаемое электронным полем, в основном является воздухом. Использование ε r = 1,8 (ближе к воздуху, чем изолятор) дает Zo ~ 100 Ом с задержкой примерно 4,6 нс / м. При этом значении ε r затухание импульса 400 пс на 100 м составляет примерно 29 дБ (рисунок 6). Потери для импульса 5 нс составляют 10 дБ на 100 м. Обратите внимание, что это для фиксированного набора углов ориентации кабеля.Более высокие потери ожидаются, если принять во внимание изменения импеданса вдоль кабеля и увеличенную длину из-за скручивания. На рисунке 7 показаны перекрестные помехи на дальнем конце ~ 27 дБ от внутренней пары проводов к внешним трем парам проводов, показанным на рисунке 4, для фиксированного набора углов ориентации скручивания. Это уменьшается примерно до 20 дБ на основной частоте 1,25 ГГц (рисунок 8). На рис. 9 показаны перекрестные помехи на ближнем конце, составляющие ~ 22 дБ, от внутренней пары проводов к трем внешним парам проводов, показанным на рис. 4, для фиксированного набора углов ориентации скручивания.Это остается примерно 22 дБ на основной частоте 1,25 ГГц (рисунок 10). На рисунке 11 показан один и тот же 100-метровый кабель, разделенный на четыре секции, каждая витая пара повернута на другой угол в каждой секции. Три неоднородности импеданса вызывают отражения и нестабильность на двух более высоких частотах, что делает результаты моделирования сомнительными. На рис. 12 показана глазковая диаграмма для одиночного 15-метрового кабеля со случайным сигналом на всех парах проводов. Отверстие глаза соответствует центральной области каждого дифференциального сигнала, не заслоненной горизонтальными линиями.Джиттер можно рассматривать как временную неопределенность при дифференциальном кроссовере, и он невелик для синхросигнала 1/10 частоты. На рисунке 13 показаны ухудшенные результаты с использованием того же набора сигналов и длины кабеля, но с разделением кабеля на четыре части и случайным скручиванием пар. Обратите внимание, что эта модель приводит к значительно большему джиттеру, не представляя при этом различия в задержках из-за различий в эффективной длине, как следствие изменения крутки между парами сигналов. Комбинация решателя поля и многопроводной модели W в Hspice может использоваться для моделирования всех основных характеристик ухудшения сигнала, таких как частотно-зависимые потери, задержка, связь на ближнем и дальнем концах, а также влияние разрывов для различных геометрий кабеля UTP.Модель 8-проводного кабеля [3] была разработана и проверена на соответствие опубликованным измерениям. Модель дает пессимистический взгляд на перекрестные помехи и межпарную связь. Ключевые аспекты отклонений межсоединений, зафиксированные в модели …

Информация по установке проводов и кабелей в соответствии с действующими стандартами

Давление на боковые стенки кабеля на изгибах

Давление на боковую стенку (SP) возникает из-за натяжения кабеля, действующего горизонтально, и веса кабеля, действующего вертикально.Давление на боковые стенки не должно превышать значение, указанное в таблице ниже.

Тип кабеля Максимально допустимое давление на боковую стенку (SP) — фунты / фут.
Неэкранированный силовой кабель на 600 В и 1 кВ (например, THHN / THWN, USE, RHH / RHW и т. Д.) 1000

Для одножильного кабеля: SP = Tc / R (R — радиус изгиба в футах)
Для трех одножильных кабелей в опоре: SP = (3wf — 2) * Tc / (3R)
Для трех одножильных кабелей кабели треугольные: SP = wf * Tc / (3R)

Где:

Tc = растяжение на выходе из изгиба в фунтах
R = радиус изгиба в футах
wf = весовой поправочный коэффициент (см. Ниже)
SP = давление на боковую стенку в фунтах / футах.

Весовой поправочный коэффициент — конфигурация проводов влияет на натяжение проводника, и поправочный коэффициент веса (wf) используется для этого. Значение wf рассчитывается следующим образом:
Однопроводник: wf = 1 Три проводника (треугольные): wf = 1 / Sqrt (1- (d / Dd)) [D = внутренний диаметр кабелепровода, d = внешний диаметр проводника] Три проводника (с опорой) : wf = 1 + 4/3 * (d / (Dd)) 2 Четыре проводника или более: wf = 1,4

% PDF-1.6 % 1802 0 объект > эндобдж xref 1802 130 0000000016 00000 н. 0000004361 00000 п. 0000004486 00000 н. 0000005443 00000 н. 0000005799 00000 н. 0000006181 00000 п. 0000006580 00000 н. 0000006997 00000 н. 0000007362 00000 н. 0000007401 00000 п. 0000007753 00000 н. 0000007868 00000 н. 0000007981 00000 п. 0000012346 00000 п. 0000015914 00000 п. 0000019542 00000 п. 0000023334 00000 п. 0000027249 00000 н. 0000027851 00000 п. 0000028445 00000 п. 0000029145 00000 п. 0000029852 00000 п. 0000029939 00000 н. 0000030398 00000 п. 0000030788 00000 п. 0000031520 00000 н. 0000032130 00000 н. 0000032569 00000 п. 0000036209 00000 п. 0000040060 00000 н. 0000043817 00000 п. 0000049295 00000 п. 0000053964 00000 н. 0000054080 00000 п. 0000056958 00000 п. 0000058870 00000 п. 0000061520 00000 н. 0000061646 00000 п. 0000063360 00000 п. 0000063486 00000 п. 0000063518 00000 п. 0000063595 00000 п. 0000066886 00000 п. 0000067220 00000 п. 0000067289 00000 п. 0000067407 00000 п. 0000067534 00000 п. 0000067566 00000 п. 0000067643 00000 п. 0000069305 00000 п. 0000069639 00000 п. 0000069708 00000 п. 0000069826 00000 п. 0000069953 00000 п. 0000069985 00000 п. 0000070062 00000 п. 0000076730 00000 п. 0000077062 00000 п. 0000077131 00000 п. 0000077249 00000 п. 0000077281 00000 п. 0000077358 00000 п. 0000080313 00000 п. 0000080648 00000 п. 0000080717 00000 п. 0000080835 00000 п. 0000095599 00000 п. 0000095640 00000 п. 0000106987 00000 п. 0000107028 00000 п. 0000112222 00000 н. 0000112263 00000 н. 0000121754 00000 н. 0000121795 00000 н. 0000128458 00000 н. 0000128499 00000 н. 0000138254 00000 н. 0000138295 00000 н. 0000149361 00000 п. 0000149402 00000 н. 0000161849 00000 н. 0000161890 00000 н. 0000173337 00000 н. 0000173378 00000 н. 0000173455 00000 н. 0000173759 00000 н. 0000173836 00000 н. 0000173913 00000 н. 0000173989 00000 н. 0000174088 00000 н. 0000174239 00000 н. 0000174559 00000 н. 0000174616 00000 н. 0000174734 00000 н. 0000174811 00000 н. 0000174925 00000 н. 0000175269 00000 н. 0000175553 00000 н. 0000175630 00000 н. 0000175933 00000 н. 0000176010 00000 н. 0000176239 00000 н. 0000176627 00000 н. 0000177015 00000 н. 0000177167 00000 н. 0000177316 00000 н. 0000177687 00000 н. 0000177764 00000 н. 0000178132 00000 н. 0000178209 00000 н. 0000178581 00000 н. 0000178658 00000 н. 0000179027 00000 н. 0000179104 00000 н. 0000179474 00000 н. wZZPHTFQ1 51Fn] T? 7wL

Техническое примечание: Понимание напряжения и отказов кабеля в приложениях High Flex

Новейшие машины для автоматизации процессов предназначены для работают намного быстрее, чем предыдущие поколения, и оснащены видеонаблюдением и многочисленными датчиками.Эта новая операционная среда может подвергнуть кабели и кабельному оборудованию чрезмерную нагрузку, превышающую проектные возможности. Напряжение кабеля напрямую влияет на надежность оборудования автоматизации. Понимание причин выхода из строя кабелей в приложениях с высокой степенью гибкости позволяет нам принимать соответствующие меры предосторожности на этапе проектирования, чтобы оптимизировать надежность системы.

Кабели физически ограничены

Кабели изгибаются одним или несколькими из четырех основных движений, показанных на Рисунке 1.Каждый раз, когда кабель изгибается или изгибается, его медные проводники и экраны подвергаются нагрузке. Медь плохо сопротивляется повторяющимся нагрузкам, даже если напряжение удерживается ниже предела текучести, составляющего 15% относительного удлинения. Медь также имеет очень низкое сопротивление напряжению сдвига и будет деформироваться, даже если напряжение ниже предела пластической текучести.

Чтобы уменьшить усталость медных проводников и экранов и тем самым исключить обрыв провода, радиус изгиба кабеля должен быть как можно большим, а диаметр кабеля — как можно меньшим.

Причины выхода из строя

Существует три основных причины выхода из строя любого кабеля, подверженного изгибу:

  • Деградация изоляции кабеля и жилы

  • Усталость проводника и экрана в зоне изгиба

  • Усталость проводника и экрана в точке подключения

Ухудшение изоляции кабеля и жилы

Одной из причин выхода из строя кабельной оболочки и изоляции является постоянное истирание кабеля другими кабелями, шлангами и оборудованием для укладки кабелей, например, кабельными трассами.Металлическая или пластиковая стружка, растворители и смазочные материалы разрушают оболочку и изоляцию кабеля. Оболочки кабелей также уязвимы к перепадам температур и низкому атмосферному давлению (вакууму), которые могут ослабить или сделать материал оболочки хрупким.

В дополнение к этим факторам окружающей среды изоляция проводника также должна сопротивляться раздавливанию. Проводники в типичном круглом кабеле могут подвергаться высоким силам сжатия, когда кабель зажимается или изгибается в кабельном канале вместе с другими кабелями или шлангами.

Когда оболочка кабеля выходит из строя, обнажается внутренняя часть кабеля. Если присутствует жидкость, она проникает в кабель и в конечном итоге вызывает короткое замыкание между проводниками. Абразивные частицы разрушают изоляцию проводника и приводят к выходу из строя. Если кабель имеет общий экран, он становится открытым для заземления.

Усталость проводника и экрана в зоне изгиба

Наиболее распространенный тип отказа гибкого кабеля — это возможный перелом экрана и / или проводника в области гибкости.Если сначала выходит из строя экран, проводники продолжают функционировать, но кабель чувствителен к помехам и излучению EMI / RFI. Это создает ошибки и ложные сигналы, источник которых очень трудно определить.

Чтобы понять механизм разрушения проводника и экрана, мы должны рассмотреть основные концепции анализа напряжений. Сопротивление твердого тела изгибу зависит от материала, формы, площади поперечного сечения и радиуса кривизны изгиба. Математически это выражается напряжением в теле, σ, которое определяется как:

.

где:

M = изгибающий момент

c = Расстояние от нейтральной оси тела до любого волокна в поперечном сечении

| = Момент инерции поперечного сечения

σ = напряжение в волокне на расстоянии c

Для типичного применения гибкого кабеля геометрия изгиба фиксируется соображениями, включая ограничения механической конструкции и компоновку корпуса, поэтому разработчик должен работать в рамках этих ограничений и минимизировать напряжения проводника, которые сокращают срок службы при изгибе.

Наиболее важным фактором при определении усталостной прочности при изгибе является максимальное напряжение в любой части кабеля. Это максимальное напряжение, при условии, что радиус изгиба не опускается ниже минимального значения, R мин , определяется по формуле:

σ макс =

Ec макс
______
R мин

где:

E = модуль

эластичности в фунтах на кв. Дюйм (17000000 для меди ETP)

C max = максимальное расстояние от нейтральной оси до любого волокна

R мин. = радиус изгиба

Экранированный плоский кабель является самонесущим и может использоваться в большинстве приложений, связанных с перекатыванием, скручиванием и тик-тактом.

Обратите внимание, что это соотношение сохраняется для любого поперечного сечения, потому что момент инерции | не появляется.

Напряжение можно минимизировать, уменьшив толщину или диаметр кабеля, C max , или увеличив радиус изгиба R min . Влияние напряжения также можно свести к минимуму, выбрав материалы проводника и экрана, которые имеют более высокий предел прочности на разрыв, чем медь.

Испытания на изгиб показывают, что сопротивление медных проводников и экранов увеличивается по мере того, как металлы работают сильнее при изгибе.Чем тверже металл обрабатывается, тем он становится более хрупким. Более быстрые циклы оборудования приводят к более высоким температурам в меди. Малый радиус изгиба также приводит к более высоким температурам и более высокой степени усталости. Повышенные температуры могут вызвать размягчение изоляции, что, в свою очередь, изменяет физические свойства изоляции, снижая сопротивление истиранию, уменьшая сопротивление прорезанию и уменьшая прочность на разрыв. Все эти изменения могут вызвать преждевременный выход кабеля из строя.

Усталость проводника и экрана в точке окончания

Изгибающие напряжения и вибрация от движущихся кабелей приводят к поломке соединителей, обжатых и припаянных концов кабеля. Неподдерживаемые кабели преждевременно выходят из строя из-за усталости интерфейса разъема.

Кабели могут получить травмы плетью от быстро движущихся кареток, в результате чего кабель быстро меняет направление и ломается. Во всех приложениях, связанных с высокоскоростным изгибом, неподвижный кабель обеспечивает лучшее сопротивление изгибу и изгибу, чем гибкий кабель.

Конструкция кабеля предотвращает выход из строя

Чтобы повысить надежность кабелей в гибких приложениях, сосредоточьтесь на основных материалах и конструкции кабелей. Размер кабеля — самый важный фактор, который следует учитывать при увеличении срока службы при изгибе. Уменьшение диаметра кабеля приводит к экспоненциальному увеличению срока службы при изгибе, когда радиус изгиба остается постоянным.

Использование стандартных медных проводников и уменьшение размера и веса кабеля может увеличить срок службы (надежность) и снизить затраты.Начните с как можно более тонкой изоляции проводника с высокой диэлектрической прочностью и хорошими характеристиками сопротивления разрыву. Уменьшение толщины изоляции проводника уменьшает общий диаметр готового кабеля и делает его менее восприимчивым к нагрузкам, связанным с изгибом. Изоляция Gore MIL-ENE * на 50 процентов тоньше, чем сопоставимый материал, и рассчитана на напряжение 300 В RMS при толщине стенки 0,004 дюйма.

Укладка кабелей и проводов имеют решающее значение для увеличения срока службы круглых кабелей при изгибе.Вы можете отрегулировать укладку кабеля, количество витков на дюйм проводов и укладку проводов, чтобы оптимизировать надежность кабеля для различных гибких приложений. Такая оптимизация не увеличивает стоимость кабеля, но при правильной реализации существенно влияет на надежность.

Экран кабеля часто выходит из строя первым, потому что он находится на наибольшем расстоянии от нейтральной оси кабеля и, следовательно, испытывает наибольшую нагрузку. Для решения этой проблемы требуются два элемента дизайна.

Во-первых, замените экран со стандартной оплеткой на экран с двойной оплеткой, оптимизированный для срока службы и эффективности экранирования. Во-вторых, изолируйте экран от проводников и внешней оболочки, чтобы уменьшить трение, которое генерирует тепло и снижает срок службы при изгибе. Используйте материал с низким коэффициентом трения, как статического, так и динамического.

Gore расширенный PTFE ** имеет самый низкий коэффициент трения среди всех материалов кабеля. Он использовался для различных применений, начиная от коаксиального диэлектрика и заканчивая прочной внешней оболочкой на гибких карданных кабелях.

Оболочка кабеля защищает экраны и проводники от окружающей среды. Если кабель закреплен и правильно заделан, оболочка также может увеличить прочность на разрыв и срок службы кабеля при изгибе.

Лучшие материалы оболочки — тонкие, с высокой прочностью на разрыв и устойчивостью к разрыву, гидравлической жидкости, смазочно-охлаждающей жидкости и растворителям. Полиуретан — отличный материал для оболочек кабелей. Он огнестойкий, устойчив к большинству промышленных жидкостей и обладает отличной стойкостью к истиранию.

Методы прокладки кабелей повышают производительность машины

Применение

Flex в высокоскоростных автоматизированных устройствах может привести к выходу из строя круглых кабелей высочайшего качества. По мере уменьшения времени цикла вес кабеля и системы управления кабелями становится ограничивающим фактором.

В таких приложениях ленточные силовые кабели дольше стандартных силовых кабелей. Срок службы ленточного кабеля в 100 раз больше, чем у круглого кабеля, а вес ленточного кабеля составляет одну четвертую веса круглого кабеля.Ленточный кабель уменьшает массу движущихся пучков кабелей, обеспечивая большее ускорение, меньшую вибрацию и колебания и меньший износ.

Ленточный кабель часто можно сгибать и перемещать без использования кабельной цепи. Ленточный кабель является самонесущим и с соответствующими зажимами и направляющими может использоваться в большинстве приложений, связанных с качением, скручиванием и тик-тактом. Он может включать монтажные скобы, отформованные на куртке. Это обеспечивает значительную экономию трудозатрат и затрат на установку.

Вывод

Традиционные кабели, используемые в промышленном оборудовании, не предназначены для обеспечения надежности и производительности, необходимых для новых конструкций оборудования.Используя материалы, которые доказали свою надежность в соответствующих средах, таких как военные и автомобильные приложения, а также улучшая базовую конструкцию кабеля с низкой стоимостью, можно спроектировать надежные кабели, отвечающие требованиям оборудования для автоматизации производства.

использованная литература

1 Молл, Кеннет В. и Маккартер, Дэвид Р., В. Л. Гор и партнеры, Inc., Flex Life in Cables, Electronic Packaging and Production, июнь 1976 г., стр.29-30, 3435.

* Изоляция MIL-ENE доступна в W. L. Gore & Associates, Inc., Newark, DE

.

** Расширенный PTFE доступен в W. L. Gore & Associates, Inc., Newark, DE

.

поперечных сечений кабеля | Внутри кабеля

Различные типы кабелей имеют разные функции, и любой кабель легко рассматривать как единое целое. Но каждый кабель состоит из разных слоев, каждый из которых выполняет свою функцию.Изучение того, как эти части взаимодействуют, упрощает понимание того, как работает кабель и что можно сделать, чтобы не повредить кабель.

Поперечное сечение коаксиального кабеля

Коаксиальный кабель

— один из наиболее распространенных типов кабеля, который используется уже более 100 лет. Хотя технология со временем улучшилась, базовая схема коаксиальных кабелей сегодня во многом такая же, как и во время их изобретения. Современные коаксиальные кабели чаще всего используются для телевидения, радио, Интернета и подключения камер видеонаблюдения.

Самый внешний слой кабеля — это оболочка, предназначенная для защиты более уязвимых внутренних компонентов. Куртки чаще всего изготавливаются из пластика и бывают нескольких различных разновидностей. Наряду с защитой от внешних элементов оболочки также действуют как внешний изолятор, сдерживая любые электрические или магнитные сигналы, которые проходят через другие слои.

Следующий слой — это экран, который может быть плетеным или фольгированным. Хотя экран действительно помогает удерживать электрический кабель сигнала, он больше предназначен для защиты от других сигналов.Если коаксиальный кабель находится рядом с чем-то еще, что излучает сильные сигналы, которые потенциально могут вызвать помехи, например, мощные линии электропередач или вышка сотовой связи, экран сокращает потенциальные проблемы.

Далее следует диэлектрик, изолятор, который удерживает сигнал коаксиального кабеля внутри центрального проводника. Диэлектрики предназначены для минимизации утечки, сохраняя сигнал, передаваемый по кабелю, сфокусированным и сильным. Они действительно помогают удерживать внешние сигналы от создания помех, но это скорее второстепенная функция, поскольку в идеальных условиях помехи не должны проходить мимо экрана.

Последняя часть — это центральный проводник в сердечнике кабеля. Это токопроводящая металлическая линия (обычно сделанная из меди или стали с медным покрытием), предназначенная для передачи сигнала, проходящего через кабель. Сердечник может быть сплошным или многожильным. Как наиболее важная часть кабеля, он надежно защищен первыми тремя слоями. Повреждение трех других слоев может сделать кабель слабее, но повреждение проводника с большей вероятностью приведет к поломке кабеля.

Ethernet в разрезе

Кабель Ethernet

похож на коаксиальный, с металлическими жилами, защищенными несколькими другими слоями.Ключевое отличие состоит в том, что Ethernet состоит из нескольких проводов меньшего размера, содержащихся в основном кабеле.

Подобно коаксиальному кабелю и многим другим кабелям, внешняя оболочка Ethernet в основном служит для защиты более мелких и уязвимых частей внутри. Оболочка чаще всего изготавливается из пластика, доступны разные типы в зависимости от того, в какой среде будет находиться кабель.

Если кабель Ethernet экранирован, экран будет расположен непосредственно под оболочкой. Экраны кабеля Ethernet можно приклеить к оболочке с помощью какого-либо клея, например алюминиевой ленты или майларовой ленты.Некоторые даже используют липкий гель; Хотя гель отлично работает как изолятор, работать с ним может быть немного неудобно. Многие кабели Ethernet также включают в себя разрывной шнур, небольшой пушистый кусочек волокна, предназначенный для отслаивания экрана и обнажения внутренних проводов.

Внутри оболочки восемь проводов меньшего размера. Каждый провод имеет цветовую маркировку, поэтому пользователи могут легко отличить их друг от друга. В соответствии с отраслевым стандартом эти провода соединяются попарно и скручиваются друг с другом. Это позволяет тонким проводам поддерживать друг друга и предотвращать повреждение кабеля при изгибах, скручиваниях и поворотах.Он также позволяет выровнять провода для наиболее распространенных распиновок Ethernet. Эти провода покрыты изоляцией из полиэтилена высокой плотности, поэтому сигналы проходят по каждому проводу отдельно.

Сердцевиной каждого провода является металлический провод, который может быть одножильным или многожильным. Эти жилы подключаются к металлическим контактам ( контакты ) на разъемах Ethernet для передачи сигналов. Жилы хрупкие, и их повреждение может ослабить передачу сигнала или полностью остановить работу кабеля. С помощью тестера сигналов можно проверить, какой из внутренних проводов не функционирует.

Телефонный профиль

Телефонный кабель намного проще, чем многие другие типы кабелей. Простые плоские телефонные шнуры обычно используются в местах, где электрические помехи не являются проблемой, например в офисе или гостиной. В результате не всегда требуется экранирование. Внешняя оболочка по-прежнему действует как изолятор, но не меньше всего остального направлена ​​на поддержание правильной и ровной линии внутренних проводов.

Как и кабели Ethernet, телефонные кабели содержат отдельные провода меньшего размера с цветовой кодировкой.Эти цветные кабели не всегда подключаются к разъемам одинаково; в зависимости от приложения они могут использовать прямую или обратную распиновку. Количество проводов тоже не всегда одинаковое. В новых кабелях используется шесть проводов, а в старых шнурах — четыре. Шнуры с большим количеством проводов могут обрабатывать дополнительные линии при разделении одного кабеля между несколькими телефонами, факсами и другими устройствами.

Круглые версии телефонных кабелей также существуют, но, как правило, используются для специальных функций. Эти кабели включают в себя функции, отсутствующие в стандартных телефонных кабелях, такие как двойное экранирование для кабелей интернет-модема или ультрафиолетового излучения (солнечного света) и водонепроницаемость для кабелей, предназначенных для установки вне помещений / для прямой прокладки в землю.Поскольку эти кабели имеют круглую форму, их внутреннее расположение больше соответствует внутренней части кабеля Ethernet, чем других телефонных шнуров.

Расчет натяжения троса

Не цепляйтесь за наполовину установленный трос, потому что вы забыли рассчитать натяжение при растяжении.

Стив Эккардт, инженер по продукту
SUPERIOR ESSEX
Член NEMA, ICEA

Содержание
Предисловие
Максимальное растягивающее усилие на кабеле
Максимально допустимая длина протяжки
Натяжение кабельного зажима
Расчетное растягивающее усилие — прямой участок трубы
Расчетное растягивающее усилие — изогнутый (изогнутый) участок трубы
Максимальное давление на боковую стенку на изгибах
Общие указания по протяжке кабеля

Следующие ниже данные предназначены для использования в качестве общего руководства при прокладке кабелей внутри каналов, кабельных каналов или кабелепровода.Эти рекомендации основаны на исследовании, спонсируемом ICEA (Ассоциация инженеров по изолированным кабелям). Информация, содержащаяся в данном документе, не является исчерпывающим набором инструкций. Следует проконсультироваться с инженером или техником, имеющим опыт установки, для конкретных приложений, где существуют или могут встречаться необычные условия.

Предисловие (В начало)
Перед установкой кабелей рекомендуется тщательно проверить прокладку, чтобы избежать изгибов и / или растягивающих напряжений, превышающих указанные пределы.Хорошая конструкция воздуховода, дорожки качения или самого канала вместе с прокладкой важна для обеспечения безаварийной установки и полного срока службы всех компонентов.

Максимальное натяжение троса (вверху)
Для кабеля, оснащенного проушиной или тяговым болтом, приведенная ниже формула используется для расчета максимально допустимого натяжения кабеля для всей трассы.

T м = K x n x CMA ( Формула 1 )
Где: T м = максимальное тяговое усилие (фунт.) (расчет натяжения см. в Приложении A)
K = постоянная
• 0,008 для медных проводников
• 0,006 для алюминиевых проводников
n = количество проводников
CMA = круглая площадь в мил для одного проводника

Максимально допустимая длина вытягивания (вверху)
Максимальная длина кабеля, который можно безопасно протянуть через кабелепровод, рассчитывается, как показано ниже.

длина м = высота м / (ширина x ширина) ( Formula 2 )
Где: L м = максимальная длина тяги, футы
T м = максимальное тяговое усилие, фунт.
W = вес кабеля, фунт / фут.
f = коэффициент трения (если неизвестно, используйте 0,5)

Натяжение троса (вверху)
Когда кабельный захват используется поверх кабеля без свинцовой оболочки, натяжение при растяжении не должно превышать 1000 фунтов. или 1000 фунтов. на захват (при использовании с многожильными кабелями) и натяжение, рассчитанное по формуле 1.

Расчетное растягивающее усилие — прямой участок трубы (Наверх)

T s = Д x Ш x В ( Formula 3 )
Где: T s = растягивающее усилие в конце прямого участка, фунт.
L = длина прямого участка, фут
W = вес кабеля, фунт / фут.
f = коэффициент трения (если неизвестно, используйте 0,5)

Расчетное растягивающее усилие — криволинейный (изогнутый) участок трубы (вверх)

T b = T s x e fa ( Формула 4 )
Где: T b = растягивающее усилие в конце изгиба, фунт.
T s = растягивающее усилие на конце прямого участка, входящего в изгиб, фунт.
е = основание наперского бревна (2,718)
f = коэффициент трения (если неизвестно, используйте 0,5)
a = угол изгиба (радианы)
(См. Таблицу 1 со значениями e fa для общих углов и Таблицы 2 и 3 для минимальных радиусов изгиба)

Максимальное давление на боковую стенку на изгибах (вверх)
Давление на боковые стенки вызывается натяжением кабеля, действующим горизонтально, и весом кабеля, действующим вертикально. Как правило, натяжение кабеля сразу после выхода из изгиба не должно превышать 300-кратного радиуса изгиба (в футах), а максимальное давление на боковую стенку не должно превышать 300 фунтов./ фут. Ниже показаны формулы для расчета максимально допустимого натяжения на изгибе и фактического давления на боковую стенку.

T bm = 300 x r ( Формула 5 )
Где: T bm = максимально допустимое растягивающее усилие при изгибе, фунт.
r = радиус изгиба, футы

P = T b / r ( Формула 6 )
Где: P = фактическое давление на боковую стенку кабеля, фунт / фут.
T b = растягивающее усилие при изгибе и изгибе, фунт.
r = радиус изгиба, футы

Максимально допустимое растягивающее усилие при изгибе (T bm ) — это предел, с которым следует сравнивать расчетное растягивающее усилие (T b ). Если T b больше, чем T bm , следует рассмотреть возможность изменения конструкции или изменения маршрута.

Пример — 1/0 AWG THHN, вес кабеля = 0,37 фунта / фут.

МАКСИМАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ НА ВЫДВИЖЕНИЕ, Tm

    Tm =.008 x 1 x 105600 = 846 фунтов.

МАКСИМАЛЬНАЯ ДОПУСТИМАЯ ДЛИНА ТЯГА, Лм

    Лм = 845 / (0,37 x 0,5) = 4568 футов

ВЫТЯГИВАНИЕ ОТ ТОЧКИ «A»

    Натяжение при A = ноль
    Напряжение @ B (Ts1) = 200 x 0,37 x 0,5 = 37 фунтов.
    Напряжение @ C (Tb1) = 37 x 1,48 = 55 фунтов. [PB-C = 55/10 = 5,5 фунта / фут]
    Напряжение @ D (Ts2) = 55 + [70 x 0,37 x 0,5] = 68 фунтов.
    Напряжение @ E (Tb2) = 68 x 2.19 = 149 фунтов. [PD-E = 149/10 = 14,9 фунтов / фут]
    Напряжение @ F (Ts3) = 149 + [100 x 0,37 x 0,5] = 168 фунтов.
    Натяжение @ G (Tb3) = 168 x 1,48 = 249 фунтов. [PF-G = 249/10 = 24,9 фунта / фут]
    Напряжение @ H (Ts4) = 249 + [50 x 0,37 x 0,5] = 258 фунтов.

ВЫТЯНИЕ ОТ ТОЧКИ «H»

    Натяжение при H = ноль
    Натяжение @ G (Ts1) = 50 x 0,37 x 0,5 = 9 фунтов.
    Напряжение @ F (Tb1) = 9 x 1,48 = 13 фунтов. [PG-H = 13/10 = 1.3 фунта / фут]
    Напряжение @ E (Ts2) = 13 + [100 x 0,37 x 0,5] = 32 фунта.
    Натяжение @ D (Tb2) = 32 x 2,19 = 70 фунтов. [PE-D = 70/10 = 7 фунтов / фут]
    Напряжение @ C (Ts3) = 70 + [70 x 0,37 x 0,5] = 83 фунта.
    Напряжение @ B (Tb3) = 83 x 1,48 = 123 фунта. [PC-B = 123/10 = 12,3 фунта / фут]
    Напряжение @ A (Ts4) = 123 + [200 x 0,37 x 0,5] = 160 фунтов.

Вытягивание в любом направлении не приведет к превышению предельного значения натяжения или давления на боковую стенку (846 фунтов.& 300 фунтов / фут). Однако вытягивание из точки «H» приведет к уменьшению натяжения кабеля примерно на 40%. Поэтому тянуть желательно из точки «Н».

Общие рекомендации по протяжке кабеля (В начало)
ПОДГОТОВКА:

  1. Определите направление тяги, основываясь на расчетах безопасного тягового усилия и давления на боковые стенки.
  2. Выберите проушины, болты или захваты подходящего размера.
  3. Расположите подающие катушки, катушки и т. Д. Таким образом, чтобы натяжение на подающей стороне было минимальным.
  4. Используйте тянущее оборудование, обеспечивающее плавное регулирование скорости.
  5. Выберите тяговый трос с требуемой прочностью на разрыв.
  6. Перед тем, как тянуть, убедитесь, что кабелепровод чист и на нем нет грязи, воды, окалины и т. Д.
  7. При длительных и / или тяжелых затяжках предварительно смажьте кабелепровод и тяговый трос, особенно при использовании ПВХ.
  8. Установите динамометр.
ТЯГА КАБЕЛЯ:
  1. Обильно нанесите тянущую смазку (компаунд) во время установки.
  2. Если возможно, используйте двустороннюю связь на обоих концах участка, особенно на длинных участках.
  3. Разгонитесь медленно и плавно до постоянной скорости тяги.
  4. Не позволяйте тросу останавливаться во время тяги. При повторном запуске тяги трение значительно увеличивается.
ПОСЛЕ ВЫДВИЖЕНИЯ:
  1. Закройте концы установленного кабеля, чтобы влага не попала внутрь кабеля.
  2. Перед установкой и после нее рекомендуется испытание высоким напряжением.

Эластичность: напряжение и деформация | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Закон штата Гука.
  • Объясните закон Гука, используя графическое представление между деформацией и приложенной силой.
  • Обсудите три типа деформаций, такие как изменение длины, сдвиг в сторону и изменение объема.
  • Опишите на примерах модуль Юнга, модуль сдвига и объемный модуль.
  • Определите изменение длины с учетом массы, длины и радиуса.

Теперь мы переходим от рассмотрения сил, влияющих на движение объекта (таких как трение и сопротивление), к тем, которые влияют на форму объекта. Если бульдозер втолкнет машину в стену, машина не двинется с места, но заметно изменит форму. Изменение формы из-за приложения силы — это деформация .Известно, что даже очень небольшие силы вызывают некоторую деформацию. При малых деформациях наблюдаются две важные характеристики. Во-первых, объект возвращается к своей исходной форме, когда сила снимается, то есть деформация является упругой для небольших деформаций. Во-вторых, размер деформации пропорционален силе, то есть при малых деформациях соблюдается закон Гука. В форме уравнения Закон Гука определяется как

F = k Δ L ,

, где Δ L — величина деформации (например, изменение длины), вызванная силой F , а k — константа пропорциональности, которая зависит от формы и состава объекта, а также направления движения. сила.Обратите внимание, что эта сила является функцией деформации Δ L — она ​​не постоянна, как кинетическая сила трения. Переставляем это на

[латекс] \ displaystyle \ Delta {L} = \ frac {F} {k} [/ latex]

дает понять, что деформация пропорциональна приложенной силе. На рисунке 1 показано соотношение по закону Гука между удлинением Δ L пружины или человеческой кости. Для металлов или пружин область прямой линии, к которой относится закон Гука, намного больше.Кости хрупкие, эластичная область небольшая, а перелом резкий. В конце концов, достаточно большое напряжение материала приведет к его разрушению или разрушению.

Закон Гука

F = kΔL ,

, где Δ L — величина деформации (например, изменение длины), вызванная силой F , а k — константа пропорциональности, которая зависит от формы и состава объекта, а также направления движения. сила.

[латекс] \ displaystyle \ Delta {L} = \ frac {F} {k} [/ latex]

Рис. 1. График деформации ΔL в зависимости от приложенной силы F. Прямой сегмент — это линейная область, где соблюдается закон Гука. Наклон прямой области [латекс] \ frac {1} {k} [/ latex]. Для больших сил график изогнут, но деформация остается упругой — ΔL вернется к нулю, если сила будет устранена. Еще большие силы деформируют объект до тех пор, пока он не сломается.Форма кривой возле трещины зависит от нескольких факторов, в том числе от того, как прикладывается сила F . Обратите внимание, что на этом графике наклон увеличивается непосредственно перед трещиной, указывая на то, что небольшое увеличение F дает большое увеличение L рядом с трещиной.

Константа пропорциональности k зависит от ряда факторов для материала. Например, гитарная струна из нейлона растягивается при затягивании, и удлинение Δ L пропорционально приложенной силе (по крайней мере, для небольших деформаций).Более толстые нейлоновые струны и струны из стали меньше растягиваются при одной и той же приложенной силе, что означает, что у них больше k (см. Рисунок 2). Наконец, все три струны возвращаются к своей нормальной длине, когда сила снимается, при условии, что деформация мала. Большинство материалов будут вести себя таким образом, если деформация будет меньше примерно 0,1% или примерно 1 часть на 10 3 .

Рис. 2. Одна и та же сила, в данном случае груз (w), приложенная к трем различным гитарным струнам одинаковой длины, вызывает три различных деформации, показанные заштрихованными сегментами.Левая нить из тонкого нейлона, посередине — из более толстого нейлона, а правая — из стали.

Растянись немного

Как бы вы измерили константу пропорциональности k резиновой ленты? Если резинка растянулась на 3 см, когда к ней была прикреплена 100-граммовая масса, то насколько она растянулась бы, если бы две одинаковые резинки были прикреплены к одной и той же массе — даже если соединить их параллельно или, наоборот, если связать вместе последовательно?

Теперь мы рассмотрим три конкретных типа деформаций: изменение длины (растяжение и сжатие), сдвиг в сторону (напряжение) и изменения объема.Все деформации считаются небольшими, если не указано иное.

Изменения длины — растяжение и сжатие: модуль упругости

Изменение длины Δ L происходит, когда к проволоке или стержню прилагается сила, параллельная ее длине L 0 , либо растягивая (растяжение), либо сжимая. (См. Рисунок 3.)

Рис. 3. (a) Напряжение. Стержень растягивается на длину ΔL , когда сила прилагается параллельно его длине. (б) Сжатие.Тот же стержень сжимается силами той же величины в противоположном направлении. Для очень малых деформаций и однородных материалов ΔL примерно одинаково для одинаковой величины растяжения или сжатия. При больших деформациях площадь поперечного сечения изменяется при сжатии или растяжении стержня.

Эксперименты показали, что изменение длины (Δ L ) зависит только от нескольких переменных. Как уже отмечалось, Δ L пропорциональна силе F и зависит от вещества, из которого сделан объект.Кроме того, изменение длины пропорционально исходной длине L 0 и обратно пропорционально площади поперечного сечения проволоки или стержня. Например, длинная гитарная струна растягивается больше, чем короткая, а толстая струна растягивается меньше, чем тонкая. Мы можем объединить все эти факторы в одно уравнение для Δ L :

[латекс] \ displaystyle \ Delta {L} = \ frac {1} {Y} \ text {} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex],

, где Δ L — изменение длины, F — приложенная сила, Y — коэффициент, называемый модулем упругости или модулем Юнга, который зависит от вещества, A — площадь поперечного сечения, и L 0 — исходная длина.В таблице 1 перечислены значения Y для нескольких материалов — те, которые имеют большой Y , как говорят, имеют большую прочность на разрыв , потому что они меньше деформируются при заданном растяжении или сжатии.

Таблица 1. Модули упругости
Материал Модуль Юнга (растяжение-сжатие) Y (10 9 Н / м 2 ) Модуль сдвига S (10 9 Н / м 2 ) Объемный модуль B (10 9 Н / м 2 )
Алюминий 70 25 75
Кость — напряжение 16 80 8
Кость — компрессия 9
Латунь 90 35 75
Кирпич 15
Бетон 20
Стекло 70 20 30
Гранит 45 20 45
Волосы (человеческие) 10
Твердая древесина 15 10
Чугун литой 100 40 90
Свинец 16 5 50
Мрамор 60 20 70
нейлон 5
полистирол 3
шелк 6
Паутинка 3
Сталь 210 80 130
Сухожилие 1
Ацетон 0.7
этанол 0,9
Глицерин 4,5
Меркурий 25
Вода 2,2

Модули Юнга не указаны для жидкостей и газов в таблице 1, потому что они не могут быть растянуты или сжаты только в одном направлении. Обратите внимание, что существует предположение, что объект не ускоряется, поэтому на самом деле существуют две приложенные силы величиной F , действующие в противоположных направлениях.Например, струны на рисунке 3 тянут вниз силой величиной w и удерживаются потолком, который также оказывает силу величиной w .

Пример 1. Растяжение длинного кабеля

Подвесные тросы используются для перевозки гондол на горнолыжных курортах. (См. Рис. 4). Рассмотрим подвесной трос, длина которого без опоры составляет 3 км. Рассчитайте степень растяжения стального троса. Предположим, что кабель имеет диаметр 5,6 см и максимальное натяжение, которое он может выдержать, равно 3.0 × 10 6 Н.

Рис. 4. Гондолы перемещаются по подвесным тросам на горнолыжном курорте Гала Юдзава в Японии. (Источник: Руди Херман, Flickr)

Стратегия

Сила равна максимальному натяжению, или F = 3,0 × 10 6 Н. Площадь поперечного сечения π r 2 = 2,46 × 10 –3 м 2 . Уравнение [latex] \ displaystyle \ Delta {L} = \ frac {1} {Y} \ text {} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex] можно использовать для определения изменения длины.{2}} \ right) \ left (\ text {3020 m} \ right) \\ & = & \ text {18 m}. \ End {array} [/ latex]

Обсуждение

Это довольно большая длина, но только около 0,6% от длины без опоры. В этих условиях влияние температуры на длину может быть важным.

Кости в целом не ломаются от растяжения или сжатия. Скорее они обычно ломаются из-за бокового удара или изгиба, что приводит к срезанию или разрыву кости. Поведение костей при растяжении и сжатии важно, потому что оно определяет нагрузку, которую кости могут нести.Кости классифицируются как несущие конструкции, такие как колонны в зданиях и деревья. Несущие конструкции обладают особенностями; колонны в здании имеют стальные арматурные стержни, а деревья и кости — волокнистые. Кости в разных частях тела выполняют разные структурные функции и подвержены разным нагрузкам. Таким образом, кость в верхней части бедренной кости расположена в виде тонких листов, разделенных костным мозгом, в то время как в других местах кости могут быть цилиндрическими и заполненными костным мозгом или просто твердыми.Люди с избыточным весом имеют тенденцию к повреждению костей из-за длительного сжатия костных суставов и сухожилий.

Другой биологический пример закона Гука встречается в сухожилиях. Функционально сухожилие (ткань, соединяющая мышцу с костью) должно сначала легко растягиваться при приложении силы, но обеспечивать гораздо большую восстанавливающую силу для большего напряжения. На рисунке 5 показана зависимость напряжения от деформации человеческого сухожилия. Некоторые сухожилия имеют высокое содержание коллагена, поэтому деформация или изменение длины относительно невелико; другие, например, опорные сухожилия (например, в ноге) могут изменять длину до 10%.Обратите внимание, что эта кривая напряжения-деформации является нелинейной, поскольку наклон линии изменяется в разных областях. В первой части растяжения, называемой областью пальца, волокна в сухожилии начинают выравниваться в направлении напряжения — это называется разгибание . В линейной области фибриллы будут растягиваться, а в области разрушения отдельные волокна начнут разрываться. Простую модель этой взаимосвязи можно проиллюстрировать параллельными пружинами: разные пружины активируются при разной длине растяжения.Примеры этого приведены в задачах в конце этой главы. Связки (ткань, соединяющая кость с костью) ведут себя аналогичным образом.

Рис. 5. Типичная кривая «напряжение-деформация» для сухожилия млекопитающих. Показаны три области: (1) область пальца ноги (2) линейная область и (3) область разрушения.

В отличие от костей и сухожилий, которые должны быть прочными и эластичными, артерии и легкие должны быть легко растяжимыми. Эластичные свойства артерий важны для кровотока. Когда кровь выкачивается из сердца, давление в артериях увеличивается, и стенки артерий растягиваются.Когда аортальный клапан закрывается, давление в артериях падает, и артериальные стенки расслабляются, чтобы поддерживать кровоток. Когда вы чувствуете свой пульс, вы чувствуете именно это — эластичное поведение артерий, когда кровь хлынет через каждый насос сердца. Если бы артерии были жесткими, вы бы не почувствовали пульс. Сердце также является органом с особыми эластичными свойствами. Легкие расширяются за счет мышечного усилия, когда мы вдыхаем, но расслабляемся свободно и эластично, когда мы выдыхаем. Наша кожа особенно эластична, особенно для молодых.Молодой человек может подняться от 100 кг до 60 кг без видимого провисания кожи. С возрастом снижается эластичность всех органов. Постепенное физиологическое старение за счет снижения эластичности начинается в начале 20-х годов.

Пример 2. Расчет деформации: насколько укорачивается нога, когда вы стоите на ней?

Вычислите изменение длины кости верхней части ноги (бедренной кости), когда мужчина весом 70,0 кг поддерживает на ней 62,0 кг своей массы, принимая, что кость эквивалентна однородному стержню, равному 40.0 см в длину и 2,00 см в радиусе.

Стратегия

Сила равна поддерживаемому весу, или F = мг = (62,0 кг) (9,80 м / с 2 ) = 607,6 Н, а площадь поперечного сечения равна π r 2 = 1,257 × 10 –3 м 2 . Уравнение [latex] \ displaystyle \ Delta {L} = \ frac {1} {Y} \ text {} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex] можно использовать для определения изменения длины.

Решение

Все величины, кроме Δ L , известны.{-5} \ text {m.} \ End {array} [/ latex]

Обсуждение

Это небольшое изменение длины кажется разумным, поскольку, по нашему опыту, кости жесткие. Фактически, даже довольно большие силы, возникающие при напряженных физических нагрузках, не сжимают и не сгибают кости в значительной степени. Хотя кость более жесткая по сравнению с жиром или мышцами, некоторые из веществ, перечисленных в таблице 1, имеют более высокие значения модуля Юнга Y . Другими словами, они более жесткие и обладают большей прочностью на разрыв.

Уравнение изменения длины по традиции перестраивается и записывается в следующем виде:

[латекс] \ displaystyle \ frac {F} {A} = Y \ frac {\ Delta {L}} {L_0} [/ latex].

Отношение силы к площади, [латекс] \ frac {F} {A} [/ latex], определяется как напряжение , напряжение (измеряется в Н / м 2 ), а отношение изменения длины к длина, [латекс] \ frac {\ Delta {L}} {L_0} [/ latex], определяется как деформация (безразмерная величина). Другими словами, напряжение = Y × деформация.

В этой форме уравнение аналогично закону Гука с напряжением, аналогичным силе, и деформацией, аналогичной деформации. Если снова переписать это уравнение к виду

[латекс] \ displaystyle {F} = YA \ frac {\ Delta {L}} {L_0} [/ latex],

мы видим, что он совпадает с законом Гука с константой пропорциональности

[латекс] \ displaystyle {k} = \ frac {YA} {L_0} [/ latex].

Эта общая идея о том, что сила и вызываемая ею деформация пропорциональны небольшим деформациям, применима к изменениям длины, боковому изгибу и изменениям объема.

Напряжение

Отношение силы к площади, [латекс] \ frac {F} {A} [/ латекс], определяется как напряжение, измеренное в Н / м 2 .

Штамм

Отношение изменения длины к длине, [латекс] \ frac {\ Delta {L}} {L_0} [/ latex], определяется как деформация (безразмерная величина). Другими словами, напряжение = Y × деформация.

Боковое напряжение: модуль сдвига

На рисунке 6 показано, что подразумевается под боковым напряжением или срезающей силой .Здесь деформация называется Δ x , и она перпендикулярна L 0 , а не параллельна, как при растяжении и сжатии. Деформация сдвига аналогична растяжению и сжатию и может быть описана аналогичными уравнениями. Выражение для деформации сдвига : [латекс] \ displaystyle \ Delta {x} = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex], где S — модуль сдвига ( см. Таблицу 1) и F — сила, приложенная перпендикулярно к L 0 и параллельно площади поперечного сечения A .Опять же, чтобы препятствовать ускорению объекта, на самом деле есть две равные и противоположные силы F , приложенные к противоположным граням, как показано на рисунке 6. Уравнение логично — например, легче согнуть длинный тонкий карандаш (маленький A ), чем короткий толстый, и оба гнуть легче, чем аналогичные стальные стержни (большие S ).

Рис. 6. Сила сдвига прилагается перпендикулярно длине L 0 и параллельно области A , создавая деформацию Δx.Вертикальные силы не показаны, но следует иметь в виду, что в дополнение к двум силам сдвига, F , должны существовать поддерживающие силы, препятствующие вращению объекта. Искажающие эффекты этих поддерживающих сил игнорируются при этом лечении. Вес объекта также не показан, поскольку он обычно незначителен по сравнению с силами, достаточно большими, чтобы вызвать значительные деформации.

Деформация сдвига

[латекс] \ displaystyle \ Delta {x} = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex],

, где S — модуль сдвига, а F — сила, приложенная перпендикулярно к L 0 и параллельно площади поперечного сечения A .

Изучение модулей сдвига в таблице 1 выявляет некоторые характерные закономерности. Например, для большинства материалов модули сдвига меньше модулей Юнга. Кость — замечательное исключение. Его модуль сдвига не только больше, чем модуль Юнга, но и такой же, как у стали. Это одна из причин того, что кости могут быть длинными и относительно тонкими. Кости могут выдерживать нагрузки, сопоставимые с бетонными и стальными. Большинство переломов костей возникает не из-за сжатия, а из-за чрезмерного скручивания и изгиба.

Позвоночный столб (состоящий из 26 позвоночных сегментов, разделенных дисками) обеспечивает основную опору для головы и верхней части тела. Позвоночник имеет нормальную кривизну для стабильности, но эту кривизну можно увеличить, что приведет к увеличению силы сдвига на нижние позвонки. Диски лучше выдерживают силы сжатия, чем силы сдвига. Поскольку позвоночник не является вертикальным, вес верхней части тела влияет на обе части. Беременным женщинам и людям с избыточным весом (с большим животом) необходимо отвести плечи назад, чтобы поддерживать равновесие, тем самым увеличивая искривление позвоночника и тем самым увеличивая сдвигающий компонент напряжения.Увеличенный угол из-за большей кривизны увеличивает поперечные силы вдоль плоскости. Эти более высокие усилия сдвига увеличивают риск травмы спины из-за разрыва дисков. Пояснично-крестцовый диск (клиновидный диск под последними позвонками) особенно подвержен риску из-за своего расположения.

Модули сдвига для бетона и кирпича очень малы; они слишком изменчивы, чтобы их можно было перечислить. Бетон, используемый в зданиях, может выдерживать сжатие, как в колоннах и арках, но очень плохо противостоит сдвигу, который может возникнуть в сильно нагруженных полах или во время землетрясений.Современные конструкции стали возможны благодаря использованию стали и железобетона. Практически по определению жидкости и газы имеют модули сдвига, близкие к нулю, потому что они текут в ответ на сдвигающие силы.

Пример 3. Расчет силы, необходимой для деформации: гвоздь не сильно изгибается под нагрузкой

Найдите массу картины, висящей на стальном гвозде, как показано на рисунке 7, учитывая, что гвоздь изгибается только на 1,80 мкм. (Предположим, что модуль сдвига известен с двумя значащими цифрами.)

Рис. 7. Гвоздь, вид сбоку, на котором висит изображение. Гвоздь очень слабо прогибается (показанный намного больше, чем на самом деле) из-за срезающего воздействия поддерживаемого веса. Также показано направленное вверх усилие стенки на гвоздь, иллюстрирующее равные и противоположные силы, приложенные к противоположным поперечным сечениям гвоздя. См. Пример 3 для расчета массы изображения.

Стратегия

Сила F на гвоздь (без учета собственного веса гвоздя) — это вес изображения w .Если мы сможем найти w , то масса изображения будет просто [latex] \ frac {w} {g} [/ latex]. Уравнение [латекс] \ displaystyle \ Delta {x} = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex] может быть решено для F .

Решение

Решая уравнение [латекс] \ displaystyle \ Delta {x} = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} L_0 [/ latex] для F , мы видим, что все остальные величины могут быть найдены :

[латекс] \ displaystyle {F} = \ frac {SA} {L_0} \ Delta {x} [/ latex]

S находится в таблице 1 и составляет S = 80 × 10 9 Н / м 2 .{-6} \ text {m} \ right) = 51 \ text {N} [/ latex]

Эта сила 51 Н составляет вес w изображения, поэтому масса изображения [латекс] m = \ frac {w} {g} = \ frac {F} {g} = 5.2 \ text {kg} [ /латекс].

Обсуждение

Это довольно массивное изображение, и впечатляет то, что гвоздь прогибается всего на 1,80 мкм — величину, невидимую невооруженным глазом.

Изменения объема: модуль объемной упругости

Объект будет сжиматься во всех направлениях, если внутренние силы приложены равномерно ко всем его поверхностям, как показано на рисунке 8.Относительно легко сжимать газы и чрезвычайно сложно сжимать жидкости и твердые тела. Например, воздух в винной бутылке сжимается, когда она закупорена. Но если вы попытаетесь закупорить бутылку с полными краями, вы не сможете сжать вино — некоторые из них необходимо удалить, чтобы вставить пробку. Причина такой разной сжимаемости заключается в том, что атомы и молекулы разделены большими пустыми пространствами в газах, но плотно упакованы в жидкостях и твердых телах. Чтобы сжать газ, вы должны сблизить его атомы и молекулы.Чтобы сжать жидкости и твердые тела, вы должны действительно сжать их атомы и молекулы, и очень сильные электромагнитные силы в них препятствуют этому сжатию.

Рис. 8. Внутренняя сила на всех поверхностях сжимает этот куб. Его изменение в объеме пропорционально силе на единицу площади и его первоначальному объему и связано со сжимаемостью вещества.

Мы можем описать сжатие или объемную деформацию объекта уравнением. Во-первых, отметим, что сила, «приложенная равномерно», определяется как имеющая одинаковое напряжение или отношение силы к площади [латекс] \ frac {F} {A} [/ латекс] на всех поверхностях.Произведенная деформация представляет собой изменение объема Δ V , которое, как было обнаружено, ведет себя очень аналогично сдвигу, растяжению и сжатию, обсуждавшимся ранее. (Это неудивительно, поскольку сжатие всего объекта эквивалентно сжатию каждого из его трех измерений.) Связь изменения объема с другими физическими величинами определяется выражением [latex] \ displaystyle \ Delta {V} = \ frac {1} {B} \ frac {F} {A} V_0 [/ latex], где B — модуль объемной упругости (см. Таблицу 1), V 0 — исходный объем, а [латекс] \ frac {F} {A} [/ latex] — это сила на единицу площади, равномерно приложенная внутрь ко всем поверхностям.Обратите внимание, что объемные модули для газов не приводятся.

Какие есть примеры объемного сжатия твердых тел и жидкостей? Одним из практических примеров является производство алмазов промышленного качества путем сжатия углерода с чрезвычайно большой силой на единицу площади. Атомы углерода перестраивают свою кристаллическую структуру в более плотно упакованный узор алмазов. В природе аналогичный процесс происходит глубоко под землей, где чрезвычайно большие силы возникают из-за веса вышележащего материала. Еще один естественный источник больших сжимающих сил — давление, создаваемое весом воды, особенно в глубоких частях океанов.Вода воздействует на все поверхности погружаемого объекта и даже на саму воду. На больших глубинах вода ощутимо сжата, как показано в следующем примере.

Пример 4. Расчет изменения объема с деформацией: насколько вода сжимается на глубинах Великого океана?

Рассчитайте частичное уменьшение объема [латекс] \ left (\ frac {\ Delta {V}} {V_0} \ right) [/ latex] для морской воды на глубине 5,00 км, где сила на единицу площади составляет 5,00 × 10 7 Н / м 2 .

Стратегия

Уравнение [латекс] \ displaystyle \ Delta {V} = \ frac {1} {B} \ frac {F} {A} V_0 [/ latex] является правильным физическим соотношением. Все величины в уравнении, кроме [latex] \ frac {\ Delta {V}} {V_0} [/ latex], известны.

Решение

Решение неизвестного [латекса] \ frac {\ Delta {V}} {V_0} [/ latex] дает [latex] \ displaystyle \ frac {\ Delta {V}} {V_0} = \ frac {1} {B } \ frac {F} {A} [/ латекс].

Замена известных значений значением модуля объемной упругости B из таблицы 1,

[латекс] \ begin {array} {lll} \ frac {\ Delta {V}} {V_0} & = & \ frac {5.2} \\ & = & 0.023 = 2.3 \% \ end {array} [/ latex]

Обсуждение

Хотя это можно измерить, это не является значительным уменьшением объема, учитывая, что сила на единицу площади составляет около 500 атмосфер (1 миллион фунтов на квадратный фут). Жидкости и твердые вещества чрезвычайно трудно сжимать.

И наоборот, очень большие силы создаются жидкостями и твердыми телами, когда они пытаются расшириться, но им это мешает, что эквивалентно их сжатию до меньшего, чем их нормальный объем.Это часто происходит, когда содержащийся в нем материал нагревается, поскольку большинство материалов расширяются при повышении их температуры. Если материалы сильно стеснены, они деформируют или ломают свой контейнер. Другой очень распространенный пример — замерзание воды. Вода, в отличие от большинства материалов, расширяется при замерзании, и она может легко сломать валун, разорвать биологическую клетку или сломать блок двигателя, который встанет у нее на пути.

Другие типы деформаций, такие как кручение или скручивание, ведут себя аналогично рассмотренным здесь деформациям растяжения, сдвига и объемной деформации.

Сводка раздела

  • Закон Гука определяется выражением [латекс] F = k \ Delta {L} [/ latex], где [латекс] \ Delta {L} [/ latex] — величина деформации (изменение длины), F — приложенная сила, а k — константа пропорциональности, которая зависит от формы и состава объекта, а также направления силы. Связь между деформацией и приложенной силой также может быть записана как [latex] \ displaystyle \ Delta L = \ frac {1} {Y} \ frac {F} {A} {L} _ {0} [/ latex] , где Y — это модуль Юнга , , который зависит от вещества, A — площадь поперечного сечения, а [латекс] {L} _ {0} [/ latex] — исходная длина.
  • Отношение силы к площади, [латекс] \ frac {F} {A} [/ латекс], определяется как напряжение , напряжение , измеренное в Н / м 2 .
  • Отношение изменения длины к длине, [латекс] \ frac {\ Delta L} {{L} _ {0}} [/ latex], определяется как деформация (безразмерная величина). Другими словами, [латекс] \ текст {напряжение} = Y \ times \ text {напряжение} [/ латекс].
  • Выражение деформации сдвига [латекс] \ displaystyle \ Delta x = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} {L} _ {0} [/ latex], где S — модуль сдвига и F — это сила, приложенная перпендикулярно [латексу] {L} _ {\ text {0}} [/ latex] и параллельно площади поперечного сечения A .
  • Связь изменения объема с другими физическими величинами определяется выражением [latex] \ displaystyle \ Delta V = \ frac {1} {B} \ frac {F} {A} {V} _ {0} [/ latex ], где B — объемный модуль, [latex] {V} _ {\ text {0}} [/ latex] — исходный объем, а [latex] \ frac {F} {A} [/ latex] — сила на единицу площади, равномерно приложенная внутрь ко всем поверхностям.

Концептуальные вопросы

  1. Эластичные свойства артерий важны для кровотока. Объясните важность этого с точки зрения характеристик кровотока (пульсирующий или непрерывный).
  2. Что вы чувствуете, когда щупаете пульс? Измерьте частоту пульса в течение 10 секунд и 1 минуты. Есть ли разница в 6 раз?
  3. Изучите различные типы обуви, включая спортивную обувь и шлепанцы. С точки зрения физики, почему нижние поверхности устроены именно так? Какие различия будут иметь для этих поверхностей сухие и влажные условия?
  4. Ожидаете ли вы, что ваш рост будет отличаться в зависимости от времени суток? Почему или почему нет?
  5. Почему белка может спрыгнуть с ветки дерева на землю и убежать целой, а человек может сломать кость при таком падении?
  6. Объясните, почему беременные женщины часто страдают растяжением спины на поздних сроках беременности.
  7. Уловка старого плотника, чтобы не допустить сгибания гвоздей при забивании их в твердый материал, заключается в том, чтобы крепко удерживать центр гвоздя плоскогубцами. Почему это помогает?
  8. Когда стеклянная бутылка, полная уксуса, нагревается, и уксус, и стекло расширяются, но уксус расширяется значительно больше с температурой, чем стекло. Бутылка разобьется, если наполнить ее до плотно закрытой крышки. Объясните, почему, а также объясните, как воздушный карман над уксусом предотвратит разрыв.(Это функция воздуха над жидкостями в стеклянных контейнерах.)

Задачи и упражнения

  1. Во время циркового номера один артист качается вверх ногами, висит на трапеции, держа другого, также перевернутого, за ноги. Если сила, направленная вверх на нижнюю фигуру, в три раза превышает ее вес, насколько растягиваются кости (бедра) в ее верхней части ног? Вы можете предположить, что каждый из них эквивалентен одинаковому стержню длиной 35,0 см и радиусом 1,80 см. Ее масса 60.0 кг.
  2. Во время схватки борец 150 кг ненадолго встает на одну руку во время маневра, призванного сбить с толку его и без того умирающего противника. Насколько укорачивается длина кости плеча? Кость может быть представлена ​​однородным стержнем длиной 38,0 см и радиусом 2,10 см.
  3. (a) «Грифель» в карандашах представляет собой состав графита с модулем Юнга примерно 1 × 10 9 Н / м 2 . Вычислите изменение длины грифеля в автоматическом карандаше, если постучите им прямо по карандашу с силой 4.0 Н. Шнур диаметром 0,50 мм и длиной 60 мм. б) разумен ли ответ? То есть согласуется ли это с тем, что вы наблюдали при использовании карандашей?
  4. Антенны телевещания — самые высокие искусственные сооружения на Земле. В 1987 году физик весом 72,0 кг разместил себя и 400 кг оборудования на вершине одной антенны высотой 610 м для проведения гравитационных экспериментов. Насколько была сжата антенна, если считать ее эквивалентом стального цилиндра радиусом 0,150 м?
  5. (a) На сколько стоит 65.Альпинист весом 0 кг натягивает нейлоновую веревку диаметром 0,800 см, когда она висит на 35,0 м ниже скалы? б) Соответствует ли ответ тому, что вы наблюдали для нейлоновых веревок? Имел бы смысл, если бы веревка была на самом деле тросиком?
  6. Полый алюминиевый флагшток высотой 20,0 м по жесткости эквивалентен твердому цилиндру диаметром 4,00 см. Сильный ветер изгибает полюс так же, как горизонтальная сила в 900 Н. Насколько далеко в сторону прогибается верхняя часть шеста?
  7. По мере бурения нефтяной скважины каждая новая секция бурильной трубы выдерживает собственный вес, а также вес трубы и бурового долота под ней.Рассчитайте растяжение новой стальной трубы длиной 6,00 м, которая поддерживает 3,00 км трубы с массой 20,0 кг / м и буровое долото 100 кг. Труба эквивалентна по жесткости сплошному цилиндру диаметром 5 см.
  8. Вычислите усилие, которое настройщик рояля применяет для растяжения стальной рояльной струны на 8,00 мм, если проволока изначально имеет диаметр 0,850 мм и длину 1,35 м.
  9. Позвонок подвергается действию силы сдвига 500 Н. Найдите деформацию сдвига, принимая позвонок в виде цилиндра 3.00 см в высоту и 4,00 см в диаметре.
  10. Диск между позвонками в позвоночнике подвергается действию силы сдвига 600 Н. Найдите его деформацию сдвига, принимая модуль сдвига 1 × 10 9 Н / м 2 . Диск эквивалентен сплошному цилиндру высотой 0,700 см и диаметром 4,00 см.
  11. При использовании ластика для карандашей вы прикладываете вертикальное усилие 6,00 Н на расстоянии 2,00 см от соединения ластика с твердой древесиной. Карандаш имеет диаметр 6,00 мм и держится под углом 20 °.0º к горизонтали. а) Насколько дерево прогибается перпендикулярно своей длине? б) Насколько он сжат в продольном направлении?
  12. Чтобы рассмотреть влияние проводов, подвешенных на столбах, мы возьмем данные из рисунка 9, на котором были рассчитаны натяжения проводов, поддерживающих светофор. Левая проволока образовывала угол 30,0 ° ниже горизонтали с вершиной своего столба и выдерживала натяжение 108 Н. Полый алюминиевый столб высотой 12,0 м эквивалентен по жесткости сплошному цилиндру диаметром 4,50 см.а) Насколько он наклонен в сторону? б) Насколько он сжат?

    Рисунок 9. Светофор подвешен на двух тросах. (б) Некоторые из задействованных сил. (c) Здесь показаны только силы, действующие на систему. Также показана схема свободного движения светофора. (d) Силы, проецируемые на вертикальную ( x ) и горизонтальную ( x ) оси. Горизонтальные составляющие натяжения должны уравновешиваться, а сумма вертикальных составляющих натяжений должна равняться весу светофора.{-2} [/ латекс]). Какую силу на единицу площади вода может оказывать на емкость при замерзании? (В этой задаче допустимо использовать объемный модуль упругости воды.) (B) Удивительно ли, что такие силы могут разрушать блоки двигателя, валуны и тому подобное?

  13. Эта проблема возвращается к канатоходцу, рассмотренному на рисунке 10, который создал натяжение 3,94 × 10 3 Н в канате, образующем угол 5,0 ° ниже горизонтали с каждой опорной стойкой. Подсчитайте, насколько это натяжение растягивает стальную проволоку, если она изначально была длиной 15 м и равной 0.50 см в диаметре.

    Рис. 10. Вес канатоходца вызывает провисание каната на 5,0 градуса. Интересующая здесь система — это точка на проволоке, на которой стоит канатоходец.

  14. Полюс на Рисунке 11 находится под изгибом 90,0º в линии электропередачи и поэтому подвергается большей силе сдвига, чем полюса на прямых участках линии. Натяжение в каждой линии составляет 4,00 × 10 4 Н при показанных углах. Шест 15,0 м в высоту, 18,0 см в диаметре и, как считается, имеет вдвое меньшую жесткость, чем древесина твердых пород.(а) Рассчитайте сжатие полюса. (б) Найдите, насколько он изгибается и в каком направлении. (c) Найдите натяжение троса, используемого для удержания вехи прямо, если она прикреплена к верхней части столба под углом 30,0 ° к вертикали. (Ясно, что растяжка должна быть в направлении, противоположном изгибу.)

Рис. 11. Этот телефонный столб находится под углом 90 ° к линии электропередачи. Оттяжка прикрепляется к вершине мачты под углом 30º к вертикали.

Глоссарий

Сила сопротивления: F D , оказывается пропорциональной квадрату скорости объекта; математически

[латекс] \ begin {array} \\ F _ {\ text {D}} \ propto {v} ^ 2 \\ F _ {\ text {D}} = \ frac {1} {2} C \ rho {Av } ^ 2 \ end {array} [/ latex],

, где C — коэффициент лобового сопротивления, A — площадь объекта, обращенного к жидкости, а ρ — плотность жидкости.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *