Площадь сечения проводов. Формулы и таблицы

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.

Сечение провода — что это и как рассчитать

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, мм²
• 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% электропроводки и при 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 мм² 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 мм².

Есть и другая единица измерения площади сечения (толщины) провода, применяемая в основном в США, —  система AWG. Дополнительно просмотрите: таблица сечений проводов по системе AWG и перевод из AWG в мм².

Рекомендую почитать также мою статью про выбор сечения провода для постоянного тока, где 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 по уменьшению потерь. 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°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 мм²? Но какой электрик в здравом уме будет закладывать такой провод в потолочную плиту? В данном случае, как правило, применяют 1,5 мм².

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)

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 1,5 мм². 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

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°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°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 мм². Выбираем ближайший (естественно, в бОльшую сторону) — 4 мм². 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».

Таблица зависимости тока защитного автомата (предохранителя) от сечения

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 большой запас по сравнению с нами.

Хотя, возможно, это от того, что таблица взята из инструкции из «стратегического» промышленного оборудования.

Источник:  Александр/СамЭлектрик.ру