Как определить размеры кабеля в теории

Существуют хорошо зарекомендовавшие себя методы расчета требуемого сечения кабелей, основанные на:

• I²R Нагрев — допустимая температура проводника до повреждения изоляционного материала.

  Для обычных кабелей с изоляцией из ПВХ вы можете принять это за 75°C (V-75).

  Возможны другие номинальные температуры. В Австралии сетевой силовой кабель часто рассчитан на 90 °C — либо потому, что он изготовлен из ПВХ, рассчитанного на 90 °C, либо потому, что он изготовлен из сшитого полиэтилена, рассчитанного на 90 °C.

  Для специальных применений вы можете приобрести кабель с номиналом 110°C или 150°C. Для действительно специальных применений вы можете использовать кабель с металлической изоляцией в металлической оболочке «Пиротенакс», который буквально огнеупорен и может работать при любой температуре.

• Тепловыделение кабеля - зависит от толщины изоляции кабеля, площади внешней поверхности кабеля - в общем, всего, что влияет на "термическое сопротивление" кабеля.

• Окружающие условия . Кабели в циркулирующем воздухе способны рассеивать тепло лучше, чем кабели, в которых тепло задерживается внутри корпуса.

Существуют отчеты и стандарты, в которых подробно описаны теоретические расчеты того, насколько эффективно кабели рассеивают тепло в различных условиях. Подробности см. в отчете ERA 69.30, части III и V.

Как выбирать кабели на практике

На практике информация о номинальных характеристиках кабеля сводится в удобную форму, как в приведенных ниже примерах из каталога низковольтных кабелей Nexans Olex "Handbook 2013" . Это просто справочная таблица допустимой нагрузки по току (ампер) в зависимости от размера кабеля.

Обратите внимание, что все размеры проводников указаны в мм² — преобразование в AWG или тысячные милы оставляется читателю в качестве упражнения.

Также обратите внимание, что это относится к кабелям низкого напряжения в смысле силовых кабелей (240 В переменного тока или 415 В, трехфазное), но те же принципы применимы к проводке сверхнизкого напряжения. Для обогрева важны только усилители . Независимо от того, являются ли рассматриваемые усилители 240 В переменного тока или 5 В постоянного тока, в значительной степени не имеет значения.

В целях снижения рейтинга вы можете предположить, что внутренняя часть герметичного корпуса электроники представляет собой что-то вроде «закрытого воздуховода» — это пластиковый корпус без циркуляции воздуха.

Также нормальным является применение коэффициентов снижения номинальных характеристик для температуры наружного окружающего воздуха. Все приведенные в таблице характеристики даны при температуре окружающей среды 40°C, что является нормой для Австралии. Например, при температуре окружающей среды 45°C коэффициент снижения номинальных характеристик может составлять 0,91.

Еще больше факторов снижения характеристик применяется, если вы прокладываете несколько кабелей, сгруппированных вместе, поскольку кабели нагревают друг друга.

Если вы хотите быть консервативным, возьмите номинал кабеля «закрытый, находящийся в воздухе» и примените дополнительный коэффициент снижения номинальных характеристик 0,65, который должен охватывать практически любое возможное снижение номинальных характеристик, с которым вы столкнетесь на практике из-за температуры окружающей среды, охлаждения (или их отсутствие), скручивание кабелей и т.д.

Для контекста, 1,5 мм² — это нормальный размер для бытовых удлинительных кабелей на 10 А. 2,5 мм² — это нормальный размер строительного провода (т. е. проводки, питающей настенные розетки).

Дальнейшие подробности

Вы можете обратиться к местному электротехническому кодексу для получения дополнительных указаний по коэффициентам снижения номинальных характеристик кабеля . В Австралии это AS3008.1.1 Электрические установки — выбор кабелей . В нем есть таблицы, в которых указаны коэффициенты снижения номинальных характеристик для различных температур, различных групп кабелей и т. д.

В США это может быть один из ваших кодов NEC .

Опять же, эти стандарты предназначены для применения к кабелям питания от сети, но ко всем кабелям применимы одни и те же физические эффекты — нагрев из-за 240 В переменного тока такой же, как и 5 В постоянного тока. Есть небольшая разница из-за более толстой изоляции кабелей более высокого напряжения, которая теплоизолирует кабель. Скин-эффект также увеличивает эффективное сопротивление (т.е. рассеиваемую мощность) на частотах переменного тока. Оба эти эффекта консервативны в вашу пользу, если вы рассматриваете низковольтные кабели постоянного тока.

Циклическая загрузка

Вы могли заметить, что приведенное выше не учитывает циклическую загрузку. Если вам нужен провод для циклической нагрузки, попробуйте эту таблицу: