Потери в проводах, подбор сечения кабеля. Падение напряжения.

Сопротивление проводов

Любой провод, как известно обладает электрическим сопротивлением. У медных проводов сопротивление меньше, чем у алюминиевых, но все равно оно есть. Оно будет зависеть от длины и толщины провода, а также от материала провода. Рассчитать сопротивление можно по следующей формуле:

 Рисунок 2 - Формула рассчета сопротивления.

Где р – это удельное сопротивление материала, из которого изготовлен провод. Для меди это 0,178 Ом*мм2/м, l – длина провода, а S – его площадь сечения.

Мощность, рассеиваемая в проводах. Нагрев проводов

Так как абсолютно любой провод имеет сопротивление, то в любой цепи, он тоже будетвыступать в качестве нагрузки. А значит, будет рассеивать и определенную мощность, которая будет зависеть от сопротивления провода и величины протекающего через него тока. В данном случае, рассеиваемую мощность можно рассчитать так:

 Рисунок 3 - Формула рассчета рассеиваемой мощности.

Куда же девается эта мощность, раз она не доходит до потребителя? Она превращается в тепло, то есть наши провода нагреваются. Если нагрев слишком сильный, то это может даже привести к расплавлению изоляции, короткому замыканию и пожару.

Подбор сечения кабеля

Чтобы этого не произошло, нужно правильно подобрать сечение кабеля. Кабели выпускаются нескольких стандартных сечений, а для подбора медного провода можно пользоваться простым соотношением:

на каждые 10А протекающего тока должно приходиться не менее 1 мм2 сечения провода.

Таким образом, при токе 18А, нужно использовать кабель 2мм2, а при 0,6А – 0,75мм2.

На рынке вы можете найти огромное разнообразие проводов, шнуров и кабелей, различающихся материалом, толщиной, количеством и расположением жил, материалом, толщиной и количеством слоев изоляции. Здесь надо смотреть в первую очередь на материал кабеля, лучше использовать медный. Второй по значимости параметр – это условия производства. Если кабель изготовлен по ГОСТ (государственный стандарт), то его сечение будет соответствовать заявленному. Если же он произведен согласно ТУ (технические условия), то его сечение может быть аж в полтора раза меньше. Если по такому проводу пустить ток, на который вы его рассчитали, то он может перегреться со всеми вытекающими последствиями. Поэтому, всегда лучше выбрать ГОСТированный кабель.

Потери в проводах

Теперь мы понимаем, что любые соединительные провода от источника до потребителя – это тоже своего рода потребители, подключенные последовательно, а значит, напряжение будет распределяться между потребителем и проводами. То есть, если напряжение источника питания – 12В, то на проводах мы можем потерять несколько вольт, и чем длиннее провода и больше ток, тем меньше достанется нашему потребителю (например светодиодной ленте). Простейший способ рассчитать эти потери – по закону Ома. Нам известен ток, который потребляет нагрузка (либо мы можем его посчитать, исходя из ее мощности и напряжения), и нам известно сопротивление провода (которое мы можем посчитать по формуле выше). Отсюда легко находим напряжение, которое «скушают» провода. Только не забывайте при расчете, что учитывать нужно длину обоих проводов между источником и потребителем.

Для снижения потерь важно запомнить:

1. Чем тоньше и длиннее провода, тем больше в них потери. По возможности, провода нужно делать толстыми и короткими.
2. С увеличением тока, квадратично растут потери. А так как при одинаковой мощности, чем выше напряжение, тем меньше ток (см урок 1а), то для уменьшения потерь можно использовать систему, рассчитанную на большее напряжение (например вместо 12В использовать 24). Этим активно пользуются энергетики, передавая электричество от электростанций на большие расстояния с помощью высоковольтных линий, а уже на месте понижая их до привычных 220В.

Вопросы для самопроверки:

1. Подберите сечение провода для подключения прибора на 24В, мощностью 300Вт.
2. У вас есть медный провод длиной 10 метров и сечением 1мм2, по которому течет ток 8А. Какое напряжение окажется на конце провода, если его начало подключено кблоку питания на 12 Вольт? Какая мощность выделится на этом проводе?