alexxlab Расчет сечения кабеля по току, мощности, необходимые формулы и таблицы показателей
Основным материалом при изготовлении современной кабельно-проводниковой продукции выступает медь и в меньшей степени алюминий. Такой выбор производителей не случайный, поскольку оба металла имеют доступную стоимость и обладают хорошей удельной проводимостью. Данная величина является обратной электрическому сопротивлению и определяет способность беспрепятственно проводить ток. Если плотность потока электронов становиться слишком интенсивной, возрастает и напряженность внутри электрополя.
Важность выбора сечения кабеля
Одинаково заряженные частички пытаются оттолкнуться друг от друга. Но площадь сечения кабеля ограничена. Места для всех электронов катастрофически не хватает, что провоцирует их масштабные метание «туда-сюда». В физике такие процессы описаны законом Джуля-Ленца и определяют количественный анализ термического проявления электрического тока (выделения избыточного тепла).
Если сделать неправильный выбор сечения кабеля при расчете электропроводки слишком тонкий проводник будет разогреваться изнутри, постепенно плавить изоляцию, быстрей изнашиваться. Как результат:
- утечка опасного для жизни тока;
- короткое замыкание;
- возникновение пожара;
- сгоревшая техника и оборудование;
- увеличение расходов на повторные демонтажные и монтажные работы.
Также экономически нецелесообразно использовать слишком толстую электропроводку с большим запасом удельной проводимости. Оптимальный выход из ситуации корректный подбор сечения кабеля по мощности и току с применением опробованных на практике и закрепленных в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ) таблиц, формул, методик.
Способы расчета сечения
Следует понимать, что диаметр (толщина, обхват) и площадь поперечного сечения проводника – разные величины. Первая указывает на габаритные характеристики изделия и служит размерным маркером при монтажно-укладочных работах.
Вторая демонстрирует пропускную способность и участвует в планировании электротехнического потенциала проводки. В качестве базового ориентира для расчетов используется максимальная потребляемая мощность и ток нагрузки. Также свое влияние оказывает тип сети (напряжение) – 1-фазная (220 В) или 3-фазная (380 В).
Сечение кабеля по мощности: как выбрать?
Наиболее простой способ – сложить вместе нагрузку каждого потребителя в киловаттах (1 кВт = 1000 Вт). Данный показатель номинального энергопотребления указан на информационном шильдике (наклейке), выбит на корпусе, прописан в технической документации. Получив искомую сумму, следует задействовать типовую таблицу сечений медного провода по мощности для сети 220В или 380В (см. ниже).
Сечение медного кабеля, мм² | Мощность, кВт (220В) | Мощность, кВт (380В) |
| 1,5 | 4 | 10 |
| 2,5 | 6 | 16 |
| 4,0 | 8 | 20 |
| 6,0 | 10 | 25 |
| 10,0 | 15 | 33 |
| 16,0 | 19 | 50 |
| 25,0 | 25 | 60 |
| 35,0 | 30 | 76 |
| 50,0 | 40 | 96 |
| 70,0 | 45 | 120 |
| 95,0 | 55 | 145 |
| 120 | 65 | 170 |
Таблица сечений алюминиевого кабеля по мощности при напряжении 220В или 380В поможет сделать правильный выбор, если запланировано использование более бюджетной электропроводки из алюминия.
Сечение алюминиевого кабеля, мм² | Мощность, кВт (220В) | Мощность, кВт (380В) |
| 2,5 | 4,5 | 12 |
| 4,0 | 6 | 15 |
| 6,0 | 8 | 20 |
| 10,0 | 10 | 26 |
| 16,0 | 13 | 36 |
| 25,0 | 18 | 46 |
| 35,0 | 22 | 55 |
| 50,0 | 30 | 73 |
| 70,0 | 36 | 92 |
| 95,0 | 44 | 112 |
| 120 | 51 | 133 |
Все приборы и устройства, работающие от сети, условно можно разделить на две большие группы – с активным или реактивным типом нагрузки.
Первая полностью трансформируют электроэнергию в полезную работу, например лампочки, чайники, духовки, электроплиты, обогреватели.
Потребители с реактивной мощностью способны брать, накапливать, а затем и сбрасывать неиспользованные ватты в проводку за счет смещения графиков напряжения и тока (выражен через cosφ). По такому принципу работают электродвигатели, инструменты, пылесосы, холодильники, зарядки, все электронные устройства. Насколько неправильно забывать о таком значимом нюансе, показывают формула полной мощности.
Для активной нагрузки она имеет вид P = напряжение (U) × силу тока (I) или P = активная нагрузка (QА) ÷ 1. Здесь 1 это значение cosφ, поскольку синусоиды тока и напряжения совпадают и имеют нулевое отклонение. Как известно из школьного курса cos0° = 1.
Расчет кабеля по реактивной мощности несколько сложнее, несмотря на применение аналогичной формулы P = QР ÷ cosφ. Точное значение cosφ можно получить только прочитав паспортные данные устройства. А если дрель, насос или пылесос еще не приобретены? В такой ситуации используют среднестатистический показатель cosφ равный 0,7.
Давайте, рассмотрим ситуацию напрмиере, когда к одной линии питания 220В одновременно могут подключаться три устройства с реактивной мощностью по 1,5 кВт. Алгоритм действий следующий:
- суммируем нагрузку;
- полученный результат в 4,5 кВт сравниванием с данными в таблицах:
- выбираем для проводки медный кабель 2,5 мм2 или алюминиевых аналог 4 мм2, обеспечивая определенные запас электропрочности.
Теперь перепроверим результат, задействовав cosφ. Получаем (1,5 кВт + 1,5 кВт + 1,5 кВт) ÷ 0,7 = 6,4 кВт. Смотрим опять в таблицы и видим, что одобренные ранее вариант уже не подходит.
При расчете сечения провода по мощности любого типа желательно задействовать корректный коэффициент запаса (J), чтобы заранее предусмотреть добавление нового потребителя или замену используемых на более мощные.
Давайте повторно пересмотрим результаты наших расчетов используя завершенную формулу P = QР ÷ cosφ × J. Получаем P = (1,5 кВт + 1,5 кВт + 1,5 кВт) ÷ 0,7 × 1,5 = 9,6 кВт. Используем табличные значении и выбираем медный кабель 6,0 мм2 или алюминиевый сечением 10 мм2. Такая электропроводка не только выдержит любые перегрузы, но и безопасно прослужит многие десятилетия.
Для удобства выбора сечение провода по мощность объединим в таблице значения для алюминия и меди.
Сечение кабеля, мм² | Медь, мощность в кВт для 220В/380В | Алюминий, мощность в кВт для 220В/380В |
| 1,5 | 4/10 | — |
| 2,5 | 6/16 | 4,5/12 |
| 4,0 | 8/20 | 6/15 |
| 6,0 | 10/25 | 8/20 |
| 10,0 | 15/33 | 10/26 |
| 16,0 | 19/50 | 13/36 |
| 25,0 | 25/60 | 18/46 |
| 35,0 | 30/76 | 22/55 |
| 50,0 | 40/96 | 30/73 |
| 70,0 | 45/120 | 36/92 |
| 95,0 | 55/145 | 44/112 |
| 120 | 65/170 | 51/133 |
Важно!
Одним из множителей в формуле расчетной мощности может быть коэффициент одновременности или спроса (обычно K = 0,8), который учитывает вероятность включения всех устройств в одном временном интервале.
Как рассчитать сечение кабеля по току
Методика выбора кабеля по току отличается точностью и вариативностью под конкретные условия монтажа и эксплуатации электросети. Не вызывает особых сложностей в применении благодаря понятным алгоритмам и зафиксированным в таблицах ПУЭ значениям.
Для 1-фазной сети 220В адаптирована формула I = (P × К) ÷ (U × cosφ), где I – сила тока в амперах, U – напряжение. Коэффициент одновременности К принимает значение «1» для одного прибора, «0,8» для 3-4, «0,75» для 5-7. Формула для 3-фазной сети 380В немного сложнее I=P ÷ (U × √3cosφ). Полученный результат лучше округлить в большую сторону при этом нужно помнить о соответствии единиц измерения. Если в формуле указано напряжение в вольтах – мощность должна быть в ваттах (Вт), а не в киловаттах (кВт).
Таблица токов и сечений кабелей представлена ниже (учтены форм-фактор проводников, материал жил, способ монтажа).
Сечение кабеля, мм² | 1-жильная медь/алюм. | 2-жильная медь/алюм. (воздух), А | 2-жильная медь/алюм. (в стене, земле), А | 3-жильная медь/алюм. (воздух), А | 3-жильная медь/алюм. (в стене, земле), А |
| 1,5 | 23/- | 19/- | 33/- | 19/- | 27/- |
| 2,5 | 30/23 | 27/21 | 44/34 | 25/19 | 38/29 |
| 4,0 | 41/31 | 38/29 | 55/42 | 35/27 | 49/38 |
| 6,0 | 50/75 | 50/38 | 70/55 | 42/32 | 50/46 |
| 10,0 | 80/60 | 70/55 | 105/80 | 55/42 | 90/70 |
| 16,0 | 100/75 | 90/70 | 135/105 | 75/60 | 115/90 |
| 25,0 | 140/105 | 115/90 | 175/135 | 95/75 | 180/115 |
| 35,0 | 170/130 | 140/105 | 210/160 | 120/90 | 225/140 |
| 50,0 | 215/165 | 175/135 | 265/205 | 145/110 | 275/175 |
| 70,0 | 270/210 | 215/165 | 320/245 | 180/140 | 330/210 |
| 95,0 | 325/250 | 260/200 | 385/295 | 220/170 | 385/255 |
| 120 | 385/295 | 300/230 | 445/340 | 260/200 | 435/295 |
(по воздуху, в стене), А
youtube.com/embed/ziq3nkk1FxM?feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»>В итоговых расчетах лучше не забывать о коэффициенте запаса хотя бы на уровне 1,5. Это позволит избежать переделок в будущем и обеспечит максимальную безопасность эксплуатации электроустановок. Проверенные таблицы сечения кабеля по мощности и току с учетом навыком в применении расчетных формул обеспечат быстрый и корректный подбор надежной электропроводки для квартиры, дома, гаража, производственного объекта. При выборе проводников следует уделять особое внимание характеристикам изоляции, отдавая предпочтения термостойким и не поддерживающим горение вариациям, который обычно маркируются буквами «НГ». При закладке кабеля в тонкие стены или очень прочные стены, можно использовать плоские модификации кабеля, которые не требуют глубого штробления, например ВВГ-П.
Расчет сечения кабеля по мощности: таблицы и формулы
Электросети являются потенциальным источником пожарной опасности.
Чтобы свести к минимуму возможность аварии, монтаж внутридомовой проводки осуществляется в строгом соответствии с установленными техническими нормативами. Рассмотрим правила правильного выбора необходимого материала, таблицу сечения кабелей по мощности, нюансы расчета нагрузки на электросети.
Содержание
- Для чего нужен расчёт сечения кабеля
- Выбираем сечение по мощности
- Как рассчитать по току
- Расчёт сечения кабеля по мощности и длине
- Открытая и закрытая прокладка проводов
Для чего нужен расчёт сечения кабеля
Основное требование, предъявляемое к линиям электропередач – безопасность их эксплуатации. Поэтому, с особой внимательностью следует подходить к выбору сечения кабеля по току. Если оно окажется чересчур маленьким, проводка будет греться из-за большой нагрузки. Это, в свою очередь, способно привести к расплавлению изоляционной оплётки, короткому замыканию с последующим пожаром.
Использование проводов слишком большого сечения обезопасит дом от возгорания, но приведёт к неоправданному перерасходу денежных средств.
Самый рациональный вариант при прокладке проводки – подобрать кабеля с оптимальным сечением жилы. Точные рекомендации по правильному подбору проводки даны в гл. №1.3 «Правил установки электрооборудования».
Выбор площади поперечного сечения проводника производится в соответствии со следующими параметрами:
- Сила тока (А).
- Мощность тока (кВт).
- Материал изготовления проводки (медь или алюминий).
- Количество фаз (1 или 3).
Выбираем сечение по мощности
Выбор сечения провода в зависимости от мощности тока начинается с проведения небольших расчётов. Для этого следует сложить общую мощность электрических устройств, которые будут одновременно включаться в квартире.
На каждом приборе обычно указывается его мощность в ваттах или киловаттах. В будущем возможно приобретение новых бытовых электроприборов, поэтому к полученной суммарной мощности нужно прибавить ещё 1-2 киловатта.
На каждом приборе обычно указывается его мощность в ваттах или киловаттах. В будущем возможно приобретение новых бытовых электроприборов, поэтому к полученной суммарной мощности нужно прибавить ещё 1-2 киловатта.Для устройства внутридомовой электропроводки рекомендуется использовать медные кабели. Они, хотя и стоят дороже алюминиевых, но обладают большей гибкостью, долговечностью и лучшей электропроводностью. Ниже представлены таблицы выбора сечения кабеля по мощности и силе тока для медной проводки.
Таблица 1. Вычисление мощности медной однофазной проводки напряжением в 220 вольт:
| Мощность тока (кВт) | Сила тока (амперы) | Сечение провода (кв. мм) |
| 4,1 | 19 | 1,5 |
| 5,9 | 27 | 2,5 |
| 8,3 | 38 | 4 |
| 10,1 | 46 | 6 |
| 15,4 | 70 | 10 |
| 18,7 | 85 | 16 |
| 25,3 | 115 | 25 |
| 29,7 | 135 | 35 |
| 38,5 | 175 | 50 |
| 47,3 | 215 | 70 |
| 57,2 | 260 | 95 |
| 66 | 300 | 120 |
Таблица 2.
Подбор сечения кабеля для медной трёхфазной проводки напряжением в 380 вольт.| Мощность тока (кВт) | Сила тока (амперы) | Сечение провода (кв. мм) |
| 10,5 | 16 | 1,5 |
| 16,5 | 25 | 2,5 |
| 19,8 | 30 | 4 |
| 26,4 | 40 | 6 |
| 33 | 50 | 10 |
| 49,5 | 75 | 16 |
| 59,4 | 90 | 25 |
| 75,9 | 115 | 35 |
| 95,7 | 145 | 50 |
| 118,8 | 180 | 70 |
| 145,2 | 220 | 95 |
| 171,6 | 260 | 120 |
Таблица сечения проводки в зависимости от силы и мощности тока для алюминиевых проводов выглядит иначе. В представленных выше таблицах приведены показатели соотношения сечение – ток, в зависимости от его мощности и силы.
Сила тока, проходящего по проводнику, не является постоянной величиной, и может изменяться в зависимости от следующих показателей:
- Длина провода.
- Размера сечения.
- Показатель удельного сопротивления материала, из которого он сделан.
- Температура проводника. С нагревом проводки сила тока падает.
Ниже показаны соотношения «сила тока – сечение провода» для различных вариантов прокладки. Основные цифры отдельно указаны для медных и алюминиевых проводов.
Таблица 3. Подбор сечения кабеля по мощности для алюминиевой однофазной проводки напряжением в 220 вольт.
| Мощность тока (кВт) | Сила тока (амперы) | Сечение провода (кв. мм) |
| 4,4 | 20 | 2,5 |
| 6,1 | 28 | 4 |
| 7,9 | 36 | 6 |
| 11 | 50 | 10 |
| 13,2 | 60 | 16 |
| 18,7 | 85 | 25 |
| 22 | 100 | 35 |
| 29,7 | 135 | 50 |
| 36,3 | 165 | 70 |
| 44 | 200 | 95 |
| 50,6 | 230 | 120 |
Таблица 4.
| Мощность тока (кВт) | Сила тока (амперы) | Сечение провода (кв. мм) |
| 12,5 | 19 | 2,5 |
| 15,1 | 23 | 4 |
| 19,8 | 30 | 6 |
| 25,7 | 39 | 10 |
| 36,3 | 55 | 16 |
| 46,2 | 70 | 25 |
| 56,1 | 85 | 35 |
| 72,6 | 110 | 50 |
| 92,4 | 140 | 70 |
| 112,2 | 170 | 95 |
| 132,2 | 200 | 120 |
Как рассчитать по току
В представленных выше таблицах приведены показатели соотношения сечение – ток, в зависимости от его мощности и силы. Сила тока, проходящего по проводнику, не является постоянной величиной, и может изменяться в зависимости от следующих показателей:
- Длина провода.
- Размера сечения.
- Показатель удельного сопротивления материала, из которого он сделан.
- Температура проводника. С нагревом проводки сила тока падает.
В таблицах ниже приведены соотношения «сила тока – сечение провода» для различных вариантов прокладки. Основные цифры отдельно указаны для медных и алюминиевых проводов.
Таблица 5. Соотношение силы тока и сечение алюминиевой проводки.
| Сечение провода (кв. мм) | Показатель силы тока для алюминиевых проводов | ||||
| Открыто проложенных | Проложенных в защитной трубе | ||||
| Два одножильных | Три одножильных | Четыре одножильных | Один двухжильный | ||
| 2 | 21 | 19 | 18 | 15 | 17 |
| 2,5 | 24 | 20 | 19 | 19 | 16 |
| 3 | 27 | 24 | 22 | 21 | 22 |
| 4 | 32 | 28 | 28 | 23 | 25 |
| 5 | 36 | 32 | 30 | 27 | 28 |
| 6 | 39 | 36 | 32 | 30 | 31 |
| 8 | 46 | 43 | 40 | 37 | 38 |
| 10 | 60 | 50 | 47 | 39 | 42 |
| 16 | 75 | 60 | 60 | 55 | 60 |
| 25 | 105 | 85 | 80 | 70 | 75 |
| 35 | 130 | 100 | 95 | 85 | 95 |
| 50 | 165 | 140 | 130 | 120 | 125 |
| 70 | 210 | 175 | 165 | 140 | 150 |
| 95 | 255 | 215 | 200 | 175 | 190 |
| 120 | 295 | 245 | 220 | 200 | 230 |
| 150 | 340 | 275 | 255 | — | — |
| 185 | 390 | — | — | — | — |
| 240 | 465 | — | — | — | — |
| 300 | 535 | — | — | — | — |
| 400 | 645 | — | — | — | — |
Таблица 6.
| Сечение провода (кв. мм) | Показатель силы тока для медных проводов | ||||
| Открыто проложенных | Проложенных в защитной трубе | ||||
| Два одножильных | Три одножильных | Четыре одножильных | Один двухжильный | ||
| 0,5 | 21 | — | — | — | — |
| 0,75 | 24 | 20 | 19 | 19 | 16 |
| 3 | 27 | 24 | 22 | 21 | 22 |
| 4 | 32 | 28 | 28 | 23 | 25 |
| 5 | 36 | 32 | 30 | 27 | 28 |
| 6 | 39 | 36 | 32 | 30 | 31 |
| 8 | 46 | 43 | 40 | 37 | 38 |
| 10 | 60 | 50 | 47 | 39 | 42 |
| 16 | 75 | 60 | 60 | 55 | 60 |
| 25 | 105 | 85 | 80 | 70 | 75 |
| 35 | 130 | 100 | 95 | 85 | 95 |
| 50 | 165 | 140 | 130 | 120 | 125 |
| 70 | 210 | 175 | 165 | 140 | 150 |
| 95 | 255 | 215 | 200 | 175 | 190 |
| 120 | 295 | 245 | 220 | 200 | 230 |
| 150 | 340 | 275 | 255 | — | — |
| 185 | 390 | — | — | — | — |
| 240 | 465 | — | — | — | — |
| 300 | 535 | — | — | — | — |
| 400 | 645 | — | — | — | — |
Расчёт сечения кабеля по мощности и длине
Из-за сопротивления материала происходит некоторая потеря напряжения при прохождении тока сквозь проводник. Чем длиннее проводка, тем большая величина этих потерь. Однако, ощутимые потери могут возникнуть на линиях электропередач протяжённостью, измеряемой километрами. Для бытовой проводки они столь несущественны, что ими можно вполне пренебречь.
Рассчитываются основные показатели электротока по следующим формулам:
- Сила тока: I = Р / (U cos ф), где:
I — искомая сила тока.
Р — мощность.
U — напряжение.
cos ф — коэффициент, применяемый для бытовой проводки. Обычно принимается за единицу. - Сопротивление провода: Rо=р L / S, где:
Rо — удельное сопротивление проводника.
р — удельное сопротивление материала, из которого он изготовлен (медь или алюминий).
L — длина проводки.
S — площадь сечения провода.
Открытая и закрытая прокладка проводов
При расчёте нагрузки на кабель принимается во внимание и особенности прокладки электрической линии. Существует два способа её размещения — закрытый и открытый. В стенах, изготовленных из негорючих стройматериалов – бетона, кирпича, – применяют закрытую прокладку, в специально проделанных канавках-штробах.
В деревянных зданиях проводка прокладывается открытым способом, в защитных кабель-каналах или в гофрированных трубах. Для закрытого способа монтажа используют плоские провода, а для открытой-округлые.
Свойства электрических проводов — Строительная обезьяна
Калькулятор Construction Monkey Conductor позволяет рассчитать электрические характеристики проводов, включая мощность, кольцевые мельницы, площадь, сопротивление, реактивное сопротивление, импеданс, заполнение канала и падение напряжения.
Сделайте свой выбор ниже, и форма автоматически обновит значения.
Датчик:
#14#12#10#8#6#4#3#2#1#1/0#2/0#3/0#4/0#250#300#350#400#500# 600#700#750#800#900#1000#1250#1500#1750#2000
Круговые станки:
Диаметры
| Изоляция | Диаметр | Район |
|---|
Медь
| Медь Токи | |
|---|---|
| Номинальная температура | Мощность |
| Полное сопротивление меди (на 1000 футов) | |||
|---|---|---|---|
| Материал кабелепровода | Реактивное сопротивление | Сопротивление | Полное сопротивление 1 |
| Максимальная длина 2 | |||
|---|---|---|---|
| Напряжение | Квасцы | ПВХ | Сталь |
| 120 В | |||
| 208 В | |||
| 277В | |||
| 480В | |||
Алюминий
| Алюминиевые нагрузки | |
|---|---|
| Номинальная температура | Мощность |
| Импеданс алюминия (на 1000 футов) | |||
|---|---|---|---|
| Материал кабелепровода | Реактивное сопротивление | Сопротивление | Полное сопротивление 1 |
| Максимальная длина 2 | |||
|---|---|---|---|
| Напряжение | Квасцы | ПВХ | Сталь |
| 120 В | |||
| 208 В | |||
| 277В | |||
| 480 В | |||
Примечания:
1 Расчеты на основе коэффициента мощности 0,85
Прогнозы трудовых ресурсов, включающие три (3) научных данных: оставшееся время, показатели производительности на рабочем месте и мнения квалифицированных экспертов. Они объединяются с использованием нашего запатентованного алгоритма, чтобы предоставить вам наиболее вероятные прогнозируемые рабочие часы.
Демонстрация расписания
Не дается никаких гарантий относительно точности расчета или соответствия местные коды. Все расчеты проверяйте у профессионального инженера. Если вы найти ошибку, или есть предложение, пожалуйста, пришлите нам по электронной почте.
Установка и заделка алюминиевых проводов в зданиях — журнал IAEI
История алюминиевых проводов
Фото 1. Неправильная установка алюминиевых проводов на медные розетки
Электроэнергия передается от коммунальной электростанции к индивидуальным счетчикам почти исключительно по алюминиевой проводке. В США коммунальные предприятия используют алюминиевый провод уже более 100 лет. Требуется всего один фунт алюминия, чтобы сравняться по допустимой нагрузке по току с двумя фунтами меди. Легкие проводники позволяют коммунальному предприятию прокладывать линии электропередачи с вдвое меньшим количеством опорных конструкций. Коммунальная система предназначена для алюминиевых проводников, и монтажники инженерных сетей знакомы с методами установки типов алюминиевых проводников, используемых в инженерных сетях.
Системы электропроводки фидерных и ответвленных цепей были разработаны в основном для медных проводников. Алюминиевая проводка была оценена и внесена в список Underwriter’s Laboratories для внутренней проводки в 1946 году; однако он не использовался интенсивно до 1965 года. В то время нехватка меди и высокие цены сделали установку алюминиевых проводников ответвления очень привлекательной альтернативой. В то же время стальные винты стали более распространенными, чем латунные винты для розеток.1 Алюминиевая проволока и устройства для розеток были перечислены в соответствии с доступными стандартами на продукцию. По мере того, как алюминиевый провод устанавливался все чаще, промышленность обнаружила, что необходимы изменения для улучшения средств соединения и заделки алюминиевого провода меньшего размера. Методы установки алюминиевых проводников общего назначения также были разными, и качество изготовления было важным фактором в обеспечении надежных соединений.
Использование стальных винтов с алюминиевым проводом общего назначения привело к тому, что точка соединения оказалась более чувствительной, чем медный или алюминиевый провод, заканчивающийся латунными винтами, которые использовались ранее. Почти все проблемы, о которых сообщалось, касались ответвленных соединений 10 AWG и 12 AWG, поэтому давайте сосредоточимся на этом типе соединения и объясним, почему было труднее добиться стабильного соединения. Алюминиевая проволока до 1972 года часто упоминается как алюминий класса EC, AA-1350 или алюминий общего назначения. Я буду использовать эти три термина взаимозаменяемо.
Несколько факторов привели к сообщениям о выходе из строя алюминиевых проводников со стальными винтами. В одном из наиболее часто цитируемых отчетов об алюминиевой проводке «Отчет комиссии по расследованию алюминиевой строительной проволоки» была проанализирована информация, опубликованная в период с 1941 по 1978 год, и выявлено 19 различных факторов, которые могли повлиять на контактное сопротивление алюминиевой проводки2. Наиболее вероятные и часто определяемыми виновниками были: качество изготовления, различия в тепловом расширении и ползучесть. В таблице 1 приведены коэффициенты линейного расширения для алюминия, меди, стали и латуни.
Плохое качество изготовления обычно считается основным источником неудачных соединений. К неправильным методам монтажа относились неправильная затяжка соединений, неправильная намотка проводов на крепежные винты, а также использование алюминиевых проводников во вставных соединениях или с устройствами, предназначенными только для меди (см. фото 1).
Поскольку соединения часто выполнялись неправильно, была инициирована цепочка событий, которая иногда приводила к сбою соединения. Соединение было ослаблено с самого начала из-за неправильного момента затяжки, а физические свойства интерфейса алюминий/сталь со временем приводили к еще большему ослаблению соединения. Алюминий и сталь имеют существенно разные скорости расширения. Поскольку два материала будут расширяться и сжиматься с разной скоростью при различных нагрузках и температурных условиях, их площадь контакта постепенно будет уменьшаться. Поскольку площадь контакта была уменьшена, сопротивление увеличилось. По мере увеличения сопротивления температура в точке соединения также увеличивалась. Аналогичная проблема возникла, когда алюминиевые проводники были неправильно заделаны во вставные соединения, предназначенные только для медных проводников.
Другое часто упоминаемое свойство алюминия известно как ползучесть проводника. Ползучесть свойственна всем металлам, и каждый металл имеет уникальную скорость ползучести. Ползучесть — это измерение скорости изменения размеров материала в течение определенного периода времени при воздействии силы при определенной температуре. Алюминиевая строительная проволока класса EC имеет более высокую скорость ползучести, чем медная строительная проволока. Для сравнения, алюминиевые сплавы AA-8000 имеют скорость ползучести, очень похожую на медную строительную проволоку. Это означает, что проводники AA-8000 очень похожи на медные проводники при подключении.
Холодная текучесть — родственный термин, который также относится к остаточной деформации материала под действием силы; однако текучесть в холодном состоянии является результатом мгновенной силы и не меняется со временем. Хладотекучесть – необходимое свойство металлов, позволяющее обеспечить хорошее соединение между отдельными компонентами в процессе соединения.
Коррозия часто упоминается как одна из причин выхода из строя алюминиевых соединений. В 1980 году Национальное бюро стандартов провело исследование, чтобы определить, что является причиной высокого сопротивления в соединениях алюминия и стали в розетках.3 Исследование показало, что образование интерметаллических соединений (сплавов алюминия и стали) вызывает высокое сопротивление контактов, а не коррозии или оксида алюминия. Тонкий защитный слой оксида на алюминиевых проводниках способствует отличной коррозионной стойкости алюминия. Когда заделки выполнены правильно, оксидный слой разрушается в процессе заделки, что позволяет установить необходимый контакт между проводящими поверхностями.
Алюминиевый провод в NEC
Национальный электротехнический кодекс разрешает использование алюминиевого провода с 1901 г., всего через четыре года после публикации первого общепризнанного национального электротехнического кодекса в 1897 г. 4 Это примечательно, учитывая, что алюминий был коммерчески возможен только в в больших количествах с 1889 г. с комбинированными улучшениями в рафинировании глинозема из бокситов (процесс Байера в 1889 г.) и производстве расплавленного алюминия из глинозема (процесс Холла-Эру в 1886 г.). Для сравнения, многие источники указывают, что медь использовалась для тысяч лет, а современная электрическая система появилась только в 1880-х годах.
NEC требует проводников из алюминиевого сплава для ответвленной проводки (12–8 AWG) с 1981 года. Кодекс никогда прямо не запрещал алюминиевую строительную проволоку; однако в начале 1970-х годов был период, когда UL отозвала список алюминиевых строительных проводов и пересмотрела список, включив в него требования к проводникам из алюминиевого сплава.
Во время этого процесса в наличии не было алюминиевой строительной проволоки, за исключением остатков. Сегодняшняя алюминиевая строительная проволока «новой технологии» изготавливается из алюминиевого сплава серии АА-8000. Эти сплавы были разработаны в конце 1960-х годов и были внесены в список и производились с 1972 года. Примерно в то же время устройства CO / ALR требовались для ответвлений цепей с алюминиевыми проводами и были внесены в список UL. Эти устройства были разработаны для надежного использования с проводниками 10 и 12 AWG и должны иметь латунные винты. Алюминиевые проводники серии
AA-8000 были впервые специально затребованы NEC в 1987 году. С тех пор формулировка практически не изменилась, и ее можно найти в разделе 310.14 NEC 2005 года. Токопроводящие жилы из алюминиевого сплава серии АА-8000 обладают физическими свойствами, существенно отличающимися от применявшихся ранее алюминиевых проводников АА-1350. Чтобы идентифицировать эти проводники в полевых условиях, ищите обозначение «AA-8XXX» в легенде на проводнике или кабельной сборке; это единственный тип алюминиевых проводов для строительных проводов, которые внесены в список UL.
Строительные провода из алюминиевого сплава серии AA-8000 производятся в соответствии со стандартом ASTM B-800. В США они обычно компактно скручены в соответствии с ASTM B-801. Компактная скрутка уменьшает диаметр проводника на 9–10 %. Компактная скрутка позволяет устанавливать проводники в кабелепровод меньшего размера, чем их эквиваленты из сжатой проволоки. Алюминиевые и медные проводники AA-8000 одинаковой мощности обычно могут быть установлены в кабелепроводе одинакового размера. Приложение C в NEC 2005 года содержит отдельный набор таблиц для определения заполнения кабелепровода при использовании компактных многожильных проводников. Эти таблицы в равной степени применимы к компактным многопроволочным алюминиевым или медным проводникам. Каждая таблица компактных многожильных проводников обозначается «(А)» после номера таблицы [т. е. Таблица С.1(А)]. Таблица 5А представляет собой отдельную таблицу свойств проводников для компактных алюминиевых проводников и находится в главе 9.НЭК.
Хотя в алюминиевые проводники, используемые для изготовления проводов, было внесено много изменений, отраслевые изменения в соединителях не менее значительны. В 1978 году UL выпустила стандарт на разъемы для алюминиевых проводов. Этот стандарт, UL 486B, содержал гораздо более строгие методы испытаний, чем требовалось ранее. Сегодня UL 486B был объединен с UL 486A, и объединенный стандарт содержит требования как к медным, так и к алюминиевым соединителям проводов.
Стандартные промышленные установки
Начиная с 2005 года, NEC начала ссылаться мелким шрифтом на Национальные стандарты электроустановок (NEIS), новую серию стандартов, опубликованных Национальной ассоциацией подрядчиков по электротехнике (NECA). Одним из таких стандартов является NECA/AA 104-2000, озаглавленный «Рекомендуемая практика установки алюминиевых строительных проводов и кабелей». Согласно предисловию к NECA/AA 104-2000, стандарты «определяют минимальный базовый уровень качества и мастерства при установке электрических изделий и систем».6 Этот стандарт был разработан совместно с Алюминиевой ассоциацией. В настоящее время NECA разрабатывает эквивалентный стандарт для установки медных проводов в зданиях.
Установка алюминиевой проводки требует того же процесса, что и установка медной проводки. Изоляцию следует снять с отдельных проводников с помощью инструментов, изготовленных для данного типа проводника и типа изоляции, или стандартными методами, такими как срезание изоляции с проводника карандашом. Никогда не «обрезайте» изоляцию, так как вы рискуете надрезать проводники внутри. Одно из распространенных представлений об алюминиевой строительной проволоке заключается в том, что она более подвержена разрыву при надрезе, чем медная строительная проволока. Это мнение основано на опыте использования алюминиевой проволоки «старой технологии», которая была изготовлена из алюминия марки AA-1350 или EC до 19 века.72. Доступная в то время проволока класса EC состояла из алюминия с чистотой 99,5%, была закалена и была более чувствительна к надрезам, чем медная строительная проволока. Это уже не так, поскольку строительная проволока из алюминиевого сплава AA-8000 представляет собой полностью отожженный проводник из алюминиевого сплава, который является очень прочным и гибким.
Фото 2. Обозначение имеющегося в продаже проводника AA-8000
При подключении обжимным соединителем оголенный проводник следует вставить в корпус соединителя и обжать с помощью инструмента, рекомендованного производителем соединителя. Компрессионные соединители обычно маркируются требуемым размером матрицы. После завершения процесса обжима с проводника следует удалить излишки оксидного ингибитора.
При подключении проводника с помощью соединителя с установочным винтом оголенный провод следует очистить проволочной щеткой и нанести на оголенный провод ингибитор окисления. Затем винт следует затянуть с помощью динамометрического ключа или динамометрической отвертки. Использование этих инструментов гарантирует, что соединение будет затянуто до значения крутящего момента, рекомендованного производителем соединителя. Чрезмерная затяжка винта может быть столь же вредной для долговременной работы соединения, как и ослабление соединения. Многие электрики считают, что «чем крепче, тем лучше». К сожалению, чрезмерная затяжка может привести к повреждению проводников и точек соединения.
Правильная затяжка (крутящий момент) необходима для обеспечения надежного соединения. После достижения надлежащего крутящего момента нет необходимости возвращаться и повторно затягивать наконечник через некоторое время с проводами из алюминиевого сплава серии AA-8000. Тем не менее, все электрические соединения должны периодически проверяться в соответствии с NFPA 70B.7
Ингибитор оксида
Использование ингибитора оксида считается хорошим качеством изготовления для всех 600-вольтовых оконечных устройств, независимо от того, подключены ли они к медным или алюминиевым проводникам. Ингибитор оксидов обеспечивает барьер в месте соединения, исключающий попадание влаги и других потенциально вредных веществ из окружающей среды. Оксидный ингибитор должен быть совместим с типом проводника. Различные производители производят составы, которые можно использовать только с медью, только с алюминием или с медью и алюминием. Обязательно выберите соединение, указанное для применения. Компрессионные соединители часто поставляются предварительно заполненными соответствующим ингибитором окисления. Когда разъемы проверяются на соответствие UL 486B, проводник запрещается очищать проволочной щеткой или шлифовать, а ингибитор окисления можно использовать только в том случае, если разъем предварительно заполнен антиоксидантом. Поэтому механические соединения с установочными винтами испытываются без использования проволочной щетки и ингибитора окисления.
В соответствии с UL GuideInfo (белой книгой UL) для проводных соединителей (ZMVV) можно использовать оксидный ингибитор для алюминиевых или медных проводов, если производитель соединителя рекомендует его использование в документации на соединители. Оксидный ингибитор имеет наибольшую ценность при выполнении соединений между непокрытой медью и алюминием. Этот тип соединения подвержен гальванической коррозии в присутствии электролита. Поскольку большинство наконечников сегодня изготавливаются из луженого алюминия, гальваническая коррозия ограничена, за исключением случаев агрессивной электролитической среды или значительного повреждения покрытия разъема.
Проволочная щетка
Для проводов на 600 В необходимо проволочной щеткой очистить оголенный провод перед нанесением ингибитора окисления и заделкой проводника. Этот шаг удалит излишки оксида с медного или алюминиевого провода и удалит все части изоляции или другие загрязнения, которые могут помешать вашему соединению. Тонкий слой оксида, естественно присутствующий на медных или алюминиевых проводниках, будет разрушен при физическом акте затягивания установочного винта или обжатия компрессионного соединения. Согласно списку UL для проводных соединителей (ZMVV), алюминиевые или медные проводники можно зачищать щеткой, если производитель соединителя рекомендует его использование в документации на соединители.
Механические и компрессионные
Наконечники с механическим установочным винтом надежны при использовании с AA-8000 или медными проводниками. Большинство имеющихся в продаже наконечников, поставляемых с оборудованием, изготовлены из корпуса из алюминиевого сплава серии AA-6000, покрытого оловом. UL 486B позволяет изготавливать алюминиевые соединители без этого покрытия, но только для соединителей, предназначенных только для алюминиевых проводников. Поскольку стандартный наконечник имеет двойной номинал, он покрыт оловом для предотвращения гальванической коррозии между медным проводником и алюминиевым разъемом.
Компрессионные соединители доступны только для алюминия, только для меди или двойного номинала для меди и алюминия. Примеры типовой маркировки соединителей приведены на фото 4. Некоторые компрессионные соединители предварительно заполнены антиоксидантом, а некоторые нет. При принятии решения о выборе или установке компрессионных или установочных винтов наиболее важным фактором является область применения. На основании как полевых установок, так и лабораторных испытаний, резьбовые соединения одинаково надежны как на медных, так и на алюминиевых проводниках.8
Тарельчатые шайбы
NECA/AA 104-2000 (стр. 10) рекомендует использовать тарельчатые шайбы при подключении алюминиевых проводников к существующей медной шине или шпилькам. NFPA 70B указывает в 24.4.2.1, что если тарельчатая пружинная шайба была сплющена, ее следует ослабить и снова затянуть в соответствии со спецификациями производителя. Сплющенная тарельчатая шайба указывает на чрезмерную затяжку или возможный перегрев и выход из строя. Если присутствует обесцвечивание, скорее всего, стиральная машина перегрелась и ее следует заменить.
Штыревые соединители
Использование штыревых соединителей (адаптеров) считается приемлемым требованием при выборе или установке алюминиевых проводников. Использование штыревых соединителей позволяет использовать алюминиевые проводники, когда предоставленный проводник не предназначен для использования с алюминием. Например, штыревой соединитель с алюминиевыми проводниками можно использовать, если клеммы существующего оборудования предназначены только для использования с медными проводниками, или размеры существующих клемм не соответствуют требуемому размеру алюминиевого проводника (например, наконечник с максимальным размером 500-500 мм). тыс.смил, предназначенных для использования с проводником сечением 750 тыс.смили). В этих ситуациях для перехода от алюминиевого проводника к несовместимому окончанию можно использовать штыревой разъем.
Фото 3. Компактный многожильный алюминиевый проводник
При установке штыревых соединителей (также называемых адаптерами проводов) следует соблюдать осторожность. В Руководстве UL по адаптерам для соединителей проводов (ZMOW) указано, что «Адаптеры, которые должны быть собраны с проводом с помощью специального инструмента, предназначены для сборки с использованием инструмента, указанного производителем в инструкциях, которые находятся в контейнере, в котором находятся адаптеры. упакованы. Такие инструменты идентифицируются соответствующей маркировкой». При проверке установки штыревых соединителей следует убедиться, что использовались надлежащий инструмент и метод установки. Разъем обычно маркируется требованиями к штампу, и использование надлежащего инструмента можно проверить, осмотрев обжим (ы). Если разъем был установлен с помощью обжимного устройства без матрицы, инспектор должен запросить у производителя разъема документацию, подтверждающую, что используемый обжимной инструмент был рекомендован производителем разъема.
Установка с неправильно установленными штыревыми соединителями может привести к перегреву соединений и возникновению опасной ситуации. Возможные результаты использования неправильного инструмента могут включать в себя недо- или избыточно обжатые соединения. В любом случае это может привести к перегреву и нарушению соединения.
Штыревые соединители не требуются для соединения проводников из алюминиевого сплава AA-8000 с механическими установочными винтами двойного номинала надлежащего размера, перечисленными в UL 486B. Промышленным стандартом для проушин в оборудовании является использование алюминиевых проушин двойного номинала. Эти проушины обычно изготавливаются из алюминиевого сплава серии AA-6000 и покрыты оловом. Лабораторные и полевые установки доказали, что проводники AA-8000 так же надежны, как и медные строительные провода, если они правильно установлены на наконечниках с установочными винтами. 9Как следствие этого утверждения, неправильная установка как медного, так и алюминиевого провода может привести к поломке.
Наиболее частая точка отказа в электрических цепях — это окончание. Использование ненужных штыревых разъемов увеличивает количество соединений и может значительно увеличить риск отказа в цепи. Кроме того, поскольку для штыревых соединителей обычно требуются специальные и / или запатентованные инструменты, а также определенный метод и количество обжимов, вероятность неправильного соединения намного больше, чем с обычными наконечниками для установочных винтов. Спецификации и установки штыревых соединителей следует избегать, за исключением случаев крайней необходимости.
Гибкость
Таблица 1. Коэффициенты расширения
Из-за процессов легирования и отжига проводники AA-8000 более гибкие, чем медные проводники эквивалентной емкости.10 NEC начала признавать эту разницу в физических свойствах с пересмотр Таблицы 312.6 (B), который требует одинакового пространства для изгиба на клеммах для медных проводников и проводников AA-8000 одинаковой нагрузки. Например, для меди толщиной 500 000 000 000 мили потребуется такое же пространство для гибки, как для алюминия AA-8000 (750 000 000 000 000 000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0).
Напряжение на растяжение
Строительная проволока из алюминиевого сплава серии AA-8000 имеет более высокое отношение прочности к весу, чем медная строительная проволока. Поскольку медь должна быть примерно в два раза тяжелее для достижения той же проводимости, AA-8000 имеет неотъемлемое преимущество при вертикальном применении и при протягивании через кабелепровод. При установке проводников AA-8000 на вертикальных участках кабелепровода в таблице 300.19(A) NEC перечислены допустимые расстояния до того, как для проводников потребуется разгрузка от натяжения. При протягивании проводов через кабелепровод расчеты натяжения всегда должны выполняться перед протягиванием. Существует множество программ и примеров, объясняющих, как рассчитать натяжение. Одним из факторов, который при расчетах меняется для разных проводников, является максимально допустимое напряжение растяжения; для проводников серии АА-8000 она составляет 0,006 фунта/смил. Для меди значение составляет 0,008 фунта/смил. При протягивании используйте указанный состав для протягивания проводов, рассчитанный на изоляцию проводника.
Заключение
Как и в отношении большинства продуктов, используемых в электротехнической промышленности, имеется разнообразная информация об установке и использовании алюминиевой строительной проволоки. Большая часть информации не подтверждена и просто неверна. Статьи без ссылок, анекдотические примеры и страшные предупреждения должны быть тщательно проанализированы, чтобы определить, есть ли доказательства в поддержку выдвинутых утверждений.
Алюминиевая строительная проволока сегодня не менее безопасна и надежна, чем медная строительная проволока. Перечисленные соединители оцениваются и производятся специально для алюминиевых соединений. Проводники AA-8000 теперь имеют более чем 30-летний опыт установки в полевых условиях, доказывающий их надежность, и уже почти 20 лет признаются в NEC.
Проводники из алюминиевого сплава серии AA-8000 обеспечивают безопасный и надежный метод проектирования и установки электрических систем. Они доступны в виде отдельных проводников, в кабельных сборках, таких как кабель MC и кабель SE, а также в различных других конфигурациях для удовлетворения потребностей различных установок.
Для получения дополнительной информации
Если у вас есть вопросы по поводу информации, содержащейся в этой статье, обращайтесь к автору по телефону (702) 341-5856 или по электронной почте [email protected].
Каталожные номера
1 «Подсветка электрических соединений». Электротехническое строительство и техническое обслуживание (февраль 1978 г.): 57–60.
2 Уилсон, Дж. Тузо. «Отчет комиссии по расследованию алюминиевой проводки в зданиях, часть 2». Королевский принтер для Онтарио (1979): 106-107.
3 Ньюбери Д. и Гринвальд С. «Наблюдения за механизмами формирования соединений с высоким сопротивлением в соединениях алюминиевых проводов». Журнал исследований Национального бюро стандартов (1980): 429-440.
4 Дэниелс Г. «Споры по поводу алюминиевой проводки».