Погонное сопротивление медного провода

Погонное (удельное) (на единицу длины) активное сопротивление rо при частоте 50 Гц и обычно применяемых сечениях алюминиевых или медных проводов и жил кабелей можно принять равным погонному омическому сопротивлению. Явление поверхностного эффекта начинает заметно сказываться только при сечениях порядка 500 мм2.

Активное сопротивление – это сопротивление при протекании по проводнику переменного тока, омическое — это сопротивление при протекании по тому же проводнику постоянного тока. Для сталеалюминиевых проводов явление поверхностного эффекта также незначительно и может не учитываться.

Значительное влияние на активное сопротивление оказывает температура материала проводников, которая зависит от температуры окружающей среды и тока нагрузки.

Погонные (удельные) реактивные (индуктивные) сопротивления фаз линий в общем случае получаются разными. Они определяются взаимным расположением фаз и геометрическими параметрами. При расчетах симметрических рабочих режимов пользуются средними значениями (независимо от транспозиции фаз линии).

Удельное сопротивление металлов. Таблица

Удельное сопротивление металлов является мерой их свойства противодействовать прохождению электрического тока. Эта величина выражается в Ом-метр (Ом⋅м). Символ, обозначающий удельное сопротивление, является греческая буква ρ (ро). Высокое удельное сопротивление означает, что материал плохо проводит электрический заряд.

Удельное электрическое сопротивление определяется как отношение между напряженностью электрического поля внутри металла к плотности тока в нем:

где:ρ — удельное сопротивление металла (Ом⋅м),Е — напряженность электрического поля (В/м),

J — величина плотности электрического тока в металле (А/м2)

Если напряженность электрического поля (Е) в металле очень большая, а плотность тока (J) очень маленькая, это означает, что металл имеет высокое удельное сопротивление.

Обратной величиной удельного сопротивления является удельная электропроводность, указывающая, насколько хорошо материал проводит электрический ток:

где:

σ — проводимость материала, выраженная в сименс на метр (См/м).

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление, одно из составляющих закона Ома, выражается в омах (Ом). Следует заметить, что электрическое сопротивление и удельное сопротивление — это не одно и то же. Удельное сопротивление является свойством материала, в то время как электрическое сопротивление — это свойство объекта.

Электрическое сопротивление резистора определяется сочетанием формы и удельным сопротивлением материала, из которого он сделан.

Например, проволочный резистор, изготовленный из длинной и тонкой проволоки имеет большее сопротивление, нежели резистор, сделанный из короткой и толстой проволоки того же металла.

В тоже время проволочный резистор, изготовленный из материала с высоким удельным сопротивлением, обладает большим электрическим сопротивлением, чем резистор, сделанный из материала с низким удельным сопротивлением. И все это не смотря на то, что оба резистора сделаны из проволоки одинаковой длины и диаметра.

В качестве наглядности можно провести аналогию с гидравлической системой, где вода прокачивается через трубы.

  • Чем длиннее и тоньше труба, тем больше будет оказано сопротивление воде.
  • Труба, заполненная песком, будет больше оказывать сопротивление воде, нежели труба без песка

Сопротивление провода

Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула для расчета сопротивления провода:

где:R — сопротивление провода (Ом)ρ — удельное сопротивление металла (Ом.m)L — длина провода (м)

А — площадь поперечного сечения провода (м2)

В качестве примера рассмотрим проволочный резистор из нихрома с удельным сопротивлением 1.10×10-6 Ом.м. Проволока имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. На основе этих трех параметров рассчитаем сопротивление провода из нихрома:

R=1,1*10-6*(1,5/0,000000196) = 8,4 Ом

Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.

Поверхностное сопротивление

Величина поверхностного сопротивления рассчитывается таким же образом, как и сопротивление провода. В данном случае площадь сечения можно представить в виде произведения w и t:

Для некоторых материалов, таких как тонкие пленки, соотношение между удельным сопротивлением и толщиной пленки называется поверхностное сопротивление слоя RS: где RS измеряется в омах. При данном расчете толщина пленки должна быть постоянной.

Часто производители резисторов для увеличения сопротивления вырезают в пленке дорожки, чтобы увеличить путь для электрического тока.

Свойства резистивных материалов

Удельное сопротивление металла зависит от температуры. Их значения приводится, как правило, для комнатной температуры (20°С). Изменение удельного сопротивления в результате изменения температуры характеризуется температурным коэффициентом.

Например, в термисторах (терморезисторах) это свойство используется для измерения температуры. С другой стороны, в точной электронике, это довольно нежелательный эффект. Металлопленочные резисторы имеют отличные свойства температурной стабильности. Это достигается не только за счет низкого удельного сопротивления материала, но и за счет механической конструкции самого резистора.

Много различных материалов и сплавов используются в производстве резисторов. Нихром (сплав никеля и хрома), из-за его высокого удельного сопротивления и устойчивости к окислению при высоких температурах, часто используют в качестве материала для изготовления проволочных резисторов. Недостатком его является то, что его невозможно паять. Константан, еще один популярный материал, легко паяется и имеет более низкий температурный коэффициент.

Источник: https://www.joyta.ru/7968-udelnoe-soprotivlenie-metallov-tablica/

Индуктивное сопротивление проводов, кабелей и линий

Индуктивное R на один км с пятьюдесятью герцами определяем по специальной формуле:

  • x=0,144*lg(2*a(cp))/d+0,016*μ=х0’+х»0,
  • а(ср) – ср. длина между осью нескольких проводов, более подробно
  • a(cp)=3 корень(а1*а2*а3),
  • а1, а2 и а3 — длина между осью в различных фазах. d — наружный диаметр. μ— относительная магнитная проницаемость. х’0 — внешнее вне линии. x»0 — внутреннее внутри линии.

Проводимость и сопротивление воздушных и кабельных линий

Для того, чтобы произвести расчет электрической сети на потерю напряжения необходимо знать параметры линий, а именно их сопротивления и проводимости. Если производятся расчеты цепей постоянного тока, то вполне достаточно знать только омическое сопротивление линии. А вот при расчете линии переменного тока одного омического сопротивления бывает недостаточно, и помимо активных сопротивлений, необходимо знать еще индуктивные сопротивления и емкостные проводимости проводов и кабелей.

Активное сопротивление проводов и кабелей

Из электротехники известно, что полное сопротивление при равных условиях переменному и постоянному току будут отличаться. Касается это также проводов и кабелей. Это вызвано тем, что переменный ток распределяется по сечению неравномерно (поверхностный эффект). Однако для проводов из цветных металлов и с частотой переменного напряжения 50 Гц этот эффект не оказывает слишком большого влияния и им можно пренебречь. Таким образом, при расчете проводников из цветных металлов, их сопротивления переменному и постоянному току принимаются равными.

На практике активное сопротивление медных и алюминиевых проводников рассчитывают по формуле:

Где: l – длина в км, γ – удельная проводимость материала провода м/ом∙мм2, r0 – активное сопротивление 1 км провода на фазу Ом/км, s – площадь поперечного сечения, мм2.

Величина r0, как правило, берется из таблиц справочников.

На активное сопротивление провода влияет и температура окружающей среды. Величину r0 при температуре Θ можно определить по формуле:

Где: α – температурный коэффициент сопротивления; r20 – активное сопротивление при температуре 20 0С, γ20 – удельная проводимость при температуре в 20 0С.

Стальные провода обладают значительно большими активными сопротивлениями, чем аналогичные провода из цветных металлов. Его увеличение обусловлено значительно меньшей величиной удельной проводимости и поверхностным эффектом, который у стальных проводов выражен гораздо более ярко, чем у алюминиевых или медных. Более того, в стальных проводах присутствуют потери активной энергии на вихревые токи и перемагничивание, что в схемах замещения линий учитывают дополнительной составляющей активного сопротивления.

Что такое сопротивление, его природа

Сопротивление (обозначается латинской буквой R) — это одна из главных характеристик проводников. В зависимости от сферы применения это свойство может играть как положительную, так и отрицательную роль при использовании проводника.

В первую очередь проводниками могут быть металлы и металлические сплавы. Атомы в металле имеют свободные электроны, которые и являются носители заряда. Электроны в металле все время беспорядочно двигаются от атома к атому. Если к ним подключить электрический ток, то их движение становится упорядоченным. При столкновении электрона с атомной структурой электрон отдаёт свою энергию металлу, тем самым нагревая его. Чем больше структурных препятствий на пути электрона, тем больше R металла.

4 Материалы

4.1 Введение

Жилы должны состоять из одного из следующих материалов: — из отожженной меди с металлическим покрытием или без него; — из алюминия или алюминиевого сплава.

4.2 Однопроволочные алюминиевые жилы

Однопроволочные круглые и фасонные алюминиевые жилы должны быть изготовлены из алюминия, который обеспечивает прочность при разрыве готовой жилы в пределах, указанных в таблице 1. Таблица 1 — Прочность при разрыве готовой жилы

Номинальное сечение, мм Прочность при разрыве, Н/мм
10 и 16 110-165
25 и 35 60-130
50 60-110
70 и более 60-90
Примечание — Приведенные значения не распространяются на жилы из алюминиевого сплава.

4.3 Многопроволочные алюминиевые жилы

Многопроволочные круглые и фасонные алюминиевые жилы должны быть изготовлены из алюминия, который обеспечивает прочность при разрыве отдельных проволок в пределах, указанных в таблице 2. Таблица 2 — Прочность при разрыве отдельных проволок

Номинальное сечение, мм Прочность при разрыве, Н/мм
10 До 200 включ.
16 и более 125-205
Примечания 1 Приведенные значения не распространяются на жилы из алюминиевого сплава. 2 Указанные значения проверяют только на проволоках до скрутки жилы, но не на проволоках, отобранных от скрученной жилы.

6 Гибкие жилы (классы 3-6)

6.1 Конструкция

a) Гибкие медные жилы (классы 3-6)

должны быть из отожженной меди с металлическим покрытием или без него.

b) Все проволоки каждой жилы должны иметь один и тот же номинальный диаметр.

c) Диаметр проволок жилы должен быть не более значения, указанного в таблицах 5-8.

d) Допускается обрыв или пропуск проволок в жилах при соответствии электрического сопротивления жил требованиям настоящего стандарта.

e) Жилы не должны иметь заусенцев, режущих кромок и выпучивания отдельных проволок.

6.2 Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление жилы при температуре 20 °С, определенное в соответствии с разделом 7, должно быть не более значения, указанного
в таблицах 5-8.Таблица 5 — Многопроволочные круглые жилы класса 3 для одножильных и многожильных кабелей и проводов

Номинальное сечение, мм Диаметр проволок жилы, мм, не более Электрическое сопротивление 1 км жилы при температуре 20 °С, Ом, не более
Жила из отожженной меди Жила из алюминия или алюминиевого сплава
Проволока без покрытия Проволока с металлическим покрытием
0,50 0,33 39,6 40,7
0,75 0,38 25,5 26,0
1,0 0,43 21,8 22,3
1,5 0,53 14,0 14,3 23,4
2,5 0,69 7,49 7,63 12,5
4 0,87 4,79 4,88 8,00
6 0,65 3,11 3,17 5,20
10 0,82 1,99 2,03 3,33
16 0,65 1,21 1,24 2,02
25 0,82 0,809 0,824 1,35
35 0,69 0,551 0,562 0,921
50 0,69 0,394 0,402 0,658
70 0,69 0,277 0,283 0,470
95 0,82 0,203 0,207 0,338
120 0,79 0,158 0,161 0,264
150 0,87 0,130 0,132 0,211
185 0,87 0,105 0,107 0,175
240 0,87 0,0798 0,0814 0,134
300 0,87 0,0654 0,0666 0,109
400 0,87 0,0499 0,0509 0,0835
500 0,87 0,0393 0,0401 0,0657
Для многопроволочных жил из алюминиевого сплава, имеющих то же номинальное сечение, что и алюминиевые жилы, значение электрического сопротивления должно быть согласовано между изготовителем и заказчиком, если оно не установлено в стандартах или технических условиях на кабельные изделия.

Таблица 6 — Многопроволочные круглые медные жилы класса 4 для одножильных и многожильных кабелей, проводов и шнуров

Номинальное сечение, мм Диаметр проволок жилы, мм, не более Электрическое сопротивление 1 км жилы при температуре 20 °С, Ом, не более
Проволока без покрытия Проволока с металлическим покрытием
0,05 0,11 366,6 383,7
0,08 0,13 247,5 254,6
0,12 0,16 165,3 170,3
0,20 0,21 89,1 91,7
0,35 0,27 57,0 58,7
0,50 0,31 40,5 41,7
0,75 0,31 25,2 25,9
1,0 0,31 19,8 20,4
1,5 0,41 13,2 13,6
2,5 0,43 8,05 8,20
4 0,53 4,89 4,99
6 0,53 3,28 3,35
10 0,53 2,00 2,04
16 0,53 1,21 1,24
25 0,53 0,776 0,792
35 0,59 0,547 0,558
50 0,59 0,393 0,401
70 0,59 0,281 0,286
95 0,59 0,201 0,205
120 0,69 0,162 0,165
150 0,69 0,129 0,132
185 0,69 0,104 0,106
240 0,69 0,0808 0,0824
300 0,69 0,0649 0,0661
400 0,69 0,0484 0,0493

Таблица 7 — Гибкие круглые медные жилы класса 5 для одножильных и многожильных кабелей, проводов и шнуров

Номинальное сечение, мм Диаметр проволок жилы, мм, не более Электрическое сопротивление 1 км жилы при температуре 20 °С, Ом, не более
Проволока без покрытия Проволока с металлическим покрытием
0,03 0,09 572,7 599,5
0,05 0,09 400,9 419,6
0,08 0,11 256,6 268,6
0,12 0,11 171,0 179,0
0,20 0,13 108,3 113,4
0,35 0,16 58,3 60,0
0,50 0,21 39,0 40,1
0,75 0,21 26,0 26,7
1,0 0,21 19,5 20,0
1,5 0,26 13,3 13,7
2,5 0,26 7,98 8,21
4 0,31 4,95 5,09
6 0,31 3,30 3,39
10 0,41 1,91 1,95
16 0,41 1,21 1,24
25 0,41 0,780 0,795
35 0,41 0,554 0,565
50 0,41 0,386 0,393
70 0,51 0,272 0,277
95 0,51 0,206 0,210
120 0,51 0,161 0,164
150 0,51 0,129 0,132
185 0,51 0,106 0,108
240 0,51 0,0801 0,0817
300 0,51 0,0641 0,0654
400 0,51 0,0486 0,0495
500 0,61 0,0384 0,0391
625

, 630

0,61 0,0287 0,0292

Таблица 8 — Гибкие круглые медные жилы класса 6 для одножильных и многожильных кабелей, проводов и шнуров

Номинальное сечение, мм Диаметр проволок жилы, мм, не более Электрическое сопротивление 1 км жилы при температуре 20 °С, Ом, не более
Проволока без покрытия Проволока с металлическим покрытием
0,03 0,06 669,8 671,5
0,05 0,06 396,9 397,9
0,08 0,06 267,9 268,6
0,12 0,09 174,4 174,8
0,20 0,11 113,1 113,4
0,35 0,11 59,5 59,6
0,50 0,16 39,0 40,1
0,75 0,16 26,0 26,7
1,0 0,16 19,5 20,0
1,5 0,16 13,3 13,7
2,5 0,16 7,98 8,21
4 0,16 4,95 5,09
6 0,21 3,30 3,39
10 0,21 1,91 1,95
16 0,21 1,21 1,24
25 0,21 0,780 0,795
35 0,21 0,554 0,565
50 0,31 0,386 0,393
70 0,31 0,272 0,277
95 0,31 0,206 0,210
120 0,31 0,161 0,164
150 0,31 0,129 0,132
185 0,41 0,106 0,108
240 0,41 0,0801 0,0817
300 0,41 0,0641 0,0654

Электрическое сопротивление многожильных кабельных изделий с жилами классов 4-6, скрученных с кратностью шагов менее 10 диаметров по скрутке, должно быть указано в стандартах или технических условиях на кабельные изделия.

Введение

IEC 60228:2004 устанавливает требования к номинальному сечению токопроводящих жил электрических кабелей, проводов и шнуров широкого диапазона типов, включая требования к числу и диаметру проволок и значению электрического сопротивления. IЕС 60228:2004 устанавливает требования к конструкции жил только для силовых кабелей и шнуров (см. раздел 1), поэтому содержит только классы жил 1, 2, 5 и 6. В настоящее время в странах СНГ разработано большое количество кабельных изделий с жилами классов 3 и 4, поэтому настоящий стандарт дополнен этими классами и из раздела 1 исключено слово «силовых». Требования к токопроводящим жилам электрических кабелей, проводов и шнуров в настоящем стандарте полностью соответствуют установленным в IEC 60228:2004. При этом в настоящем стандарте расширены требования IEC 60228:2004 на все группы кабельных изделий, также сохранены диапазоны сечений жил по классам; для класса 1 сохранено изготовление жил из алюминия и возможность изготовления многопроволочных жил наряду с однопроволочными. Размеры жил, приведенные в настоящем стандарте, установлены в метрической системе. В настоящее время Канада для указания размеров и параметров жил использует американские системы AWG (American Wire Gauge) и kcmil (kilo circular mils) для больших размеров, как показано ниже. Применение в Канаде этого размерного ряда предписано национальными нормами для электроустановок. В стандартах IEC на кабельные изделия нет кабелей, проводов и шнуров с жилами в системе AWG/kcmil.

AWG kcmil
Размер жилы Номинальное сечение жилы, мм Размер жилы Номинальное сечение жилы, мм Размер жилы Номинальное сечение жилы, мм Размер жилы Номинальное сечение жилы, мм
250 127 750 380
300 152 800 405
20 0,519 4 21,2 350 177 900 456
18 0,823 3 26,7 400 203 1000 507
16 1,31 2 33,6 450 228 1200 608
14 2,08 1 42,4 500 253 1250 633
12 3,31 1/0 53,5 550 279 1500 760
10 5,26 2/0 67,4 600 304 1750 887
8 8,37 3/0 85,0 650 329 2000 1010
6 13,3 4/0 107 700 355

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает номинальные сечения до 2500 мм токопроводящих жил (далее — жилы) электрических кабелей, проводов и шнуров широкого диапазона типов; включены также требования в части числа и диаметра проволок и значений электрического сопротивления. Настоящий стандарт распространяется на однопроволочные и многопроволочные жилы из меди, алюминия и алюминиевого сплава, предназначенные для кабельных изделий стационарной прокладки, и гибкие медные жилы. Настоящий стандарт не распространяется на жилы кабелей связи, радиочастотных кабелей, неизолированных и обмоточных проводов. Применение настоящего стандарта для специальных типов кабелей и проводов (на рабочую температуру 120 °С и выше, особо гибкие, малоиндуктивные, импульсные, зажигания, грузонесущие, геофизические, судовые герметизированные, сигнализации и блокировки и др. узкоцелевого назначения) устанавливают в стандартах или технических условиях на эти типы кабелей и проводов.

Если не указано иное в особом пункте договора, настоящий стандарт распространяется на жилы готовых кабельных изделий, а не на отдельные жилы или жилы, поставляемые по кооперации для изготовления кабельных изделий. В настоящий стандарт включены справочные приложения, в которых дана дополнительная информация в части поправочных температурных коэффициентов, используемых при измерении электрического сопротивления (приложение В), и предельных размеров круглых жил (приложение С).

Высоковольтные провода нулевого сопротивления

Высоковольтные провода с нулевым R лучше и надежнее обычных, из-за использования в них силикона они не становятся твердыми на морозе, не становятся сухими с течением времени и от температуры.

«Нулевые» высоковольтные провода имеют разницу по сравнению с обычными высоковольтными проводами с полимерными жилами: R в них измеряется в Омах и десятых Ом, тогда как в обычных – в тысячах.

Помимо этого, у него есть и другие преимущества, в первую очередь больший срок эксплуатации.

Удельное сопротивление меди и алюминия для расчетов

Несмотря на то, что данная тема может показаться совсем банальной, в ней я отвечу на один очень важный вопрос по расчету потери напряжения и расчету токов короткого замыкания. Думаю, для многих из вас это станет таким же открытием, как и для меня.

Недавно я изучал один очень интересный ГОСТ:

ГОСТ Р 50571.5.52-2011 Электроустановки низковольтные. Часть 5-52. Выбор и монтаж электрооборудования. Электропроводки.

Советую почитать данный документ, т.к. там много чего полезного.

В этом документе приводится формула для расчета потери напряжения и указано:

р — удельное сопротивление проводников в нормальных условиях, взятое равным удельному сопротивлению при температуре в нормальных условиях, то есть 1,25 удельного сопротивления при 20 °С, или 0,0225 Ом · мм2/м для меди и 0,036 Ом · мм2/м для алюминия;

Я ничего не понял=) Видимо, при расчетах потери напряжения да при расчете токов короткого замыкания мы должны учитывать сопротивление проводников, как при нормальных условиях.

Стоит заметить, что все табличные значения приводят при температуре 20 градусов.

А какие нормальные условия? Я думал 30 градусов Цельсия.

Давайте вспомним физику и посчитаем, при какой температуре сопротивление меди (алюминия) увеличится в 1,25 раза.

R1=R0 [1+α (Т1-Т0)]

R0 – сопротивление при 20 градусах Цельсия;

R1 — сопротивление при Т1 градусах Цельсия;

Т0 — 20 градусов Цельсия;

α=0,004 на градус Цельсия (у меди и алюминия почти одинаковые);

R1/R0=1,25

1,25=1+α (Т1-Т0)

Т1=(1,25-1)/ α+Т0=(1,25-1)/0,004+20=82,5 градусов Цельсия.

Как видим, это совсем не 30 градусов. По всей видимости, все расчеты нужно выполнять при максимально допустимых температурах кабелей. Максимальная рабочая температура кабеля 70-90 градусов в зависимости от типа изоляции.

Честно говоря, я с этим не согласен, т.к. данная температура соответствует практически аварийному режиму электроустановки.

В своих программах я заложил удельное сопротивление меди – 0,0175 Ом · мм2/м, а для алюминия – 0,028 Ом · мм2/м.

Если помните, я писал, что в моей программе по расчету токов короткого замыкания получается результат примерно на 30% меньше от табличных значений. Там сопротивление петли фаза-ноль рассчитывается автоматически. Я пытался найти ошибку, но так и не смог. По всей видимости, неточность расчета заключается в удельном сопротивлении, которое используется в программе. А удельное сопротивление может задать каждый, поэтому вопросов к программе не должно быть, если указать удельные сопротивления из выше приведенного документа.

А вот в программы по расчету потерь напряжения мне скорее всего придется внести изменения. Это приведет к увеличению на 25% результатов расчета. Хотя в программе ЭЛЕКТРИК, потери напряжения получается практически такие, как у меня.

Если вы впервые попали на этот блог, то ознакомиться со всеми моими программами можно на странице МОИ ПРОГРАММЫ.

Как вы считаете, при какой температуре нужно считать потери напряжения: при 30 или 70-90 градусах? Есть ли нормативные документы, которые ответят на этот вопрос?

Советую почитать:

220blog.ru

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Для любых предложений по сайту: [email protected]