Провод выбирают по двум условиям: он не должен перегреваться и не должен терять слишком много напряжения. Первое условие задают таблицы допустимых токов ПУЭ, второе — сопротивление проводов и закон Ома. В сети 230 В обычно решает нагрев, в низковольтных цепях 5–24 В — падение напряжения.
Формулы
где l — длина линии от источника до нагрузки, м; S — сечение жилы, мм²; I — ток, А; ρ — удельное сопротивление, Ом·мм²/м; α — температурный коэффициент сопротивления; t — температура жилы, °C. Множитель 2 учитывает, что ток идёт к нагрузке по одному проводу и возвращается по другому. Если обратным проводом служит корпус, как в автомобиле, множитель убирают, а сопротивление корпуса и контактов оценивают отдельно.
| Материал жилы | ρ при 20 °C, Ом·мм²/м | α, 1/°C |
|---|---|---|
| Медь отожжённая | 0,017241 | 0,00393 |
| Алюминий проводниковый | 0,028264 | 0,00403 |
Формулы верны для постоянного тока и для переменного тока с активной нагрузкой — нагревателями и лампами накаливания. Для двигателей и трёхфазных линий падение считают с учётом коэффициента мощности и реактивного сопротивления.
Допустимый ток по ПУЭ
Длительно допустимые токи для проводов с резиновой и ПВХ-изоляцией приведены в таблицах 1.3.4 (медь) и 1.3.5 (алюминий) ПУЭ. Они рассчитаны на нагрев жилы до +65 °C при температуре воздуха +25 °C. Значения для стандартных сечений:
| Сечение, мм² | Медь, А | Алюминий, А | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| открыто | два провода в трубе | двухжильный в трубе | открыто | два провода в трубе | двухжильный в трубе | |
| 0,5 | 11 | — | — | — | — | — |
| 0,75 | 15 | — | — | — | — | — |
| 1 | 17 | 16 | 15 | — | — | — |
| 1,5 | 23 | 19 | 18 | — | — | — |
| 2,5 | 30 | 27 | 25 | 24 | 20 | 19 |
| 4 | 41 | 38 | 32 | 32 | 28 | 25 |
| 6 | 50 | 46 | 40 | 39 | 36 | 31 |
| 10 | 80 | 70 | 55 | 60 | 50 | 42 |
| 16 | 100 | 85 | 80 | 75 | 60 | 60 |
| 25 | 140 | 115 | 100 | 105 | 85 | 75 |
| 35 | 170 | 135 | 125 | 130 | 100 | 95 |
| 50 | 215 | 185 | 160 | 165 | 140 | 125 |
Если воздух теплее +25 °C, допустимый ток уменьшают по поправочным коэффициентам таблицы 1.3.3 ПУЭ. Для кабелей в оболочке действуют другие таблицы той же главы. Для сечений, которых нет в таблице, калькулятор берёт строку ближайшего меньшего сечения: так AWG 16 (1,31 мм²) получает ток провода 1,2 мм² — 20 А при открытой прокладке.
Таблицы ПУЭ написаны для электропроводок зданий. Внутри аппаратуры провода лежат в жгутах и рядом с горячими компонентами, поэтому значения ПУЭ для них — верхняя граница. Для монтажных проводов смотрите допустимую температуру изоляции в их паспорте.
Падение напряжения
Нагрев зависит только от тока и сечения, а допустимое падение — от напряжения. Потеря 0,6 В — это 5 % от 12 В, но всего 0,26 % от 230 В. Поэтому в низковольтных цепях длинную линию приходится делать толще, чем требует нагрев.
Сколько напряжения можно потерять, решает нагрузка: посмотрите её минимальное входное напряжение и учтите, что под нагрузкой просаживается и сам источник. Для электроустановок зданий приложение G ГОСТ Р 50571.5.52-2011 рекомендует не больше 3 % для освещения и 5 % для остальных потребителей.
Сопротивление растёт с температурой: при нагреве на 10 °C медь прибавляет около 4 %, а при +65 °C, предельной для таблиц ПУЭ, её сопротивление на 18 % больше, чем при 20 °C. Если провод работает близко к допустимому току, укажите в калькуляторе температуру жилы.
Пример: светодиодная лента 12 В
Лента потребляет 10 А, блок питания стоит в 5 м от неё, линия из двух медных проводов, падение — не больше 5 %, то есть 0,6 В.
- По нагреву хватает 0,5 мм²: при открытой прокладке ПУЭ допускает для него 11 А.
- По падению напряжения S = 2 · 0,017241 · 5 · 10 / 0,6 ≈ 2,87 мм². Ближайшее стандартное сечение — 4 мм², среди калибров AWG подойдёт AWG 12 (3,31 мм²).
- На проводе 4 мм² падение составит 0,43 В (3,6 %), потери в проводах — 4,3 Вт.
Провод 1,5 мм², который часто берут на глаз, потеряет 1,15 В — 9,6 % напряжения, и дальний конец ленты будет заметно тусклее. Вместо толстого кабеля можно поставить блок питания ближе к ленте или подвести питание к обоим её концам.
Калибры AWG
AWG (American Wire Gauge) — американская система калибров проводов по стандарту ASTM B258. Чем больше номер, тем тоньше провод. Диаметр калибра n задан формулой
калибры толще AWG 0 обозначают 00, 000 и 0000 — в формуле это n = −1, −2 и −3. Каждые 6 номеров диаметр меняется примерно вдвое, каждые 3 номера — вдвое меняются сечение и сопротивление.
Калибры AWG и метрические сечения точно не совпадают: например, 1,5 мм² лежит между AWG 16 (1,31 мм²) и AWG 15 (1,65 мм²). При замене берите провод не тоньше нужного по сечению.
Таблица AWG
Сопротивление — для отожжённой меди при 20 °C:
| AWG | Диаметр, мм | Сечение, мм² | Сопротивление меди, Ом/км |
|---|---|---|---|
| 0000 | 11,7 | 107 | 0,161 |
| 000 | 10,4 | 85 | 0,203 |
| 00 | 9,27 | 67,4 | 0,256 |
| 0 | 8,25 | 53,5 | 0,322 |
| 1 | 7,35 | 42,4 | 0,407 |
| 2 | 6,54 | 33,6 | 0,513 |
| 3 | 5,83 | 26,7 | 0,646 |
| 4 | 5,19 | 21,2 | 0,815 |
| 5 | 4,62 | 16,8 | 1,03 |
| 6 | 4,12 | 13,3 | 1,3 |
| 7 | 3,66 | 10,5 | 1,63 |
| 8 | 3,26 | 8,37 | 2,06 |
| 9 | 2,91 | 6,63 | 2,6 |
| 10 | 2,59 | 5,26 | 3,28 |
| 11 | 2,3 | 4,17 | 4,13 |
| 12 | 2,05 | 3,31 | 5,21 |
| 13 | 1,83 | 2,62 | 6,57 |
| 14 | 1,63 | 2,08 | 8,29 |
| 15 | 1,45 | 1,65 | 10,4 |
| 16 | 1,29 | 1,31 | 13,2 |
| 17 | 1,15 | 1,04 | 16,6 |
| 18 | 1,02 | 0,823 | 20,9 |
| 19 | 0,912 | 0,653 | 26,4 |
| 20 | 0,812 | 0,518 | 33,3 |
| 21 | 0,723 | 0,41 | 42 |
| 22 | 0,644 | 0,326 | 53 |
| 23 | 0,573 | 0,258 | 66,8 |
| 24 | 0,511 | 0,205 | 84,2 |
| 25 | 0,455 | 0,162 | 106 |
| 26 | 0,405 | 0,129 | 134 |
| 27 | 0,361 | 0,102 | 169 |
| 28 | 0,321 | 0,081 | 213 |
| 29 | 0,286 | 0,0642 | 268 |
| 30 | 0,255 | 0,0509 | 339 |
| 31 | 0,227 | 0,0404 | 427 |
| 32 | 0,202 | 0,032 | 538 |
| 33 | 0,18 | 0,0254 | 679 |
| 34 | 0,16 | 0,0201 | 856 |
| 35 | 0,143 | 0,016 | 1080 |
| 36 | 0,127 | 0,0127 | 1360 |
| 37 | 0,113 | 0,01 | 1720 |
| 38 | 0,101 | 0,00797 | 2160 |
| 39 | 0,0897 | 0,00632 | 2730 |
| 40 | 0,0799 | 0,00501 | 3440 |
Реальный провод
Калькулятор считает идеальную жилу. ГОСТ 22483-2012 ограничивает сопротивление жилы сверху: для 1,5 мм² — не больше 12,1 Ом/км у однопроволочной и 13,3 Ом/км у гибкой жилы, а расчёт для чистой меди даёт 11,5 Ом/км. Провод с заниженным сечением или с жилой из алюминия, покрытого медью (CCA), теряет ещё больше — такое сопротивление проверяйте измерением.
Сечение многопроволочной жилы — это суммарная площадь проволок, поэтому мерить его по внешнему диаметру жилы нельзя: посчитайте сечение одной проволоки и умножьте на их число.
Подобрать дорожку печатной платы под тот же ток поможет калькулятор ширины дорожки, посчитать ток и мощность нагрузки — калькулятор закона Ома.
Частые вопросы
Какое сечение провода нужно на 10 А?
По нагреву медному проводу при открытой прокладке хватает 0,5 мм²: ПУЭ допускает для него 11 А (табл. 1.3.4). Но в низковольтных цепях сечение чаще определяет падение напряжения: при 12 В и линии длиной 5 м (два провода по 5 м) для падения не больше 5 % нужно около 2,9 мм², то есть стандартные 4 мм².
AWG 18 — это сколько мм²?
0,823 мм², диаметр жилы 1,02 мм. Ближайшее метрическое сечение — 0,75 мм². Чем больше номер AWG, тем тоньше провод: каждые 3 номера сечение меняется примерно вдвое, каждые 6 номеров — диаметр.
Как перевести диаметр провода в сечение?
По формуле площади круга: S = π · d² / 4 ≈ 0,785 · d². Жила диаметром 1,38 мм имеет сечение 1,5 мм², диаметром 1,78 мм — 2,5 мм². У многопроволочной жилы измерьте диаметр одной проволоки, посчитайте её сечение и умножьте на число проволок.
Как посчитать сопротивление провода?
R = ρ · l / S. Для меди при 20 °C ρ = 0,0172 Ом·мм²/м: метр провода сечением 1,5 мм² имеет сопротивление 0,0115 Ом, сто метров — 1,15 Ом. При нагреве на 10 °C сопротивление меди растёт примерно на 4 %.
Можно ли заменить медный провод алюминиевым того же сечения?
Нет. Удельное сопротивление алюминия в 1,64 раза больше, а допустимый ток меньше: для 2,5 мм² при открытой прокладке ПУЭ даёт 24 А против 30 А у меди. По сопротивлению 4 мм² алюминия почти равны 2,5 мм² меди.
Источники
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Глава 1.3. Выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны — табл. 1.3.4 и 1.3.5, п. 1.3.10: допустимые длительные токи при температуре жилы +65 °C и воздуха +25 °C
- ГОСТ 22483-2012 (IEC 60228:2004). Жилы токопроводящие для кабелей, проводов и шнуров — номинальные сечения и наибольшее сопротивление жил
- ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (МЭК 60364-5-52:2009). Электроустановки низковольтные. Электропроводки — приложение G: рекомендуемое падение напряжения в электроустановках зданий
- ASTM B258. Standard Specification for Standard Nominal Diameters and Cross-Sectional Areas of AWG Sizes of Solid Round Wires Used as Electrical Conductors — диаметры калибров AWG
- IEC 60028. International standard of resistance for copper — удельное сопротивление отожжённой меди 0,017241 Ом·мм²/м при 20 °C
Обновлено . Нашли ошибку в расчёте? Напишите нам.