Как зависит допустимый ток в проводе (кабеле) от его сечения⁠⁠

Все мы знаем, что допустимый ток в проводе или кабеле зависит от его сечения. И в ПУЭ есть таблицы, в которых прописаны значения для разных сечений кабеля и для разных условий прокладки. Никогда не задавались вопросом – откуда были взяты эти значения?

Основное препятствие и «враг» в электроснабжении – это тепло. Ток, протекая по проводнику, вызывает его нагрев, чем больше ток, тем больше нагрев, вплоть до разрушения проводника и его изоляции. Не будь этого самого нагрева, мы бы передавали огромные мощности по тоненьким проводам и горя бы не знали, и трансформаторы нам бы были не нужны. Но приходится жить в мире, где действуют законы физики.

А теперь рассмотри один единственный проводник с изоляцией. Как определить, какой ток можно на него подать?

Для начала определим, какое тепло выделяет ток, протекая по проводнику, ниже приведена формула:

Но помимо принимаемой теплоты, проводник еще и тратить ее умудряется:

Таким образом, температура проводника становится постоянной при равном количестве выработанного и отданного тепла:

Это были сложности, которые можно опустить. Далее, действуя по инструкции «как нарисовать сову» и многое упрощая, получаем зависимость:

По сути получается, что допустимый ток в проводнике (круглого сечения) зависит от материала проводника, его изоляции и пропорционален его сечению, но зависимость не линейная:

Поэтому, когда говорят, что при расчете сечения нужно брать «8-10А на 1 кв.мм. сечения» - это, мягко говоря, некорректно. Ниже приведу таблицу 1.3.6 из ПУЭ в качестве примера и иллюстрации.

Как видите, зависимость отнюдь нелинейная. На больших сечениях уже проще взять два кабеля меньшего сечения, чем увеличивать сечение одного. Также видно, что увеличение количества токопроводящих жил уменьшает допустимый ток, так как ухудшается теплоотдача в окружающую среду, жилы греют друг друга. А в земле допустимый ток больше, так как земля по сравнению с воздухом имеет лучшую теплопроводность.

Таким образом, достаточно знать материал жилы, материал изоляции, сечение жилы, способ прокладки – и вуаля, рассчитаны допустимые токи проводов и кабелей.

А теперь затрону еще один момент, связанный с температурой окружающей среды. В ПУЭ значения в таблицах даны для температуры воздуха 25 гр.С, а земли – 15 гр.С. Но в реальности пики нагрузок попадают на совершенно другие условия, что существенно влияет на выбор сечения кабеля, при холодной температуре допустимый ток больше. Таблица 1.3.3 в ПУЭ раскрывает эту тему.

Но в этой таблице нет места для изоляции из сшитого полиэтилена, допустимая температура которого составляет 90 гр.С. Что же делать?

Ниже приведена формула, по которой рассчитаны все значения в данной таблице.

Проверим ка формулу для жилы с изоляцией (60 гр.) и воздуха (нормируемая температура 25 гр.), реальная температура воздуха 5 гр.С.

Вместо формулы в ПУЭ приведена таблица, чтобы не тратить время электриков и проектировщиков на ненужные расчеты, и сразу брать готовые значения.

Уравнение теплового баланса нам еще пригодится в будущих темах, связанных с расчетами электрических нагрузок. А пока все.