Удельное сопротивление кабелей: Определение активных и индуктивных сопротивлений проводов

Содержание

Определение активных и индуктивных сопротивлений проводов

Доброго времени суток. В данной статье речь пойдет о расчете активных и индуктивных сопротивлений для воздушных и кабельных линий из цветных металлов, таких как медь и алюминий. Данные расчеты обычно приходится выполнять, когда нужно выполнить расчет токов короткого замыкания в распределительных сетях.

Определение активного сопротивления проводов

Активное сопротивлении проводов проще всего определять по справочным данным, составленным на основании ГОСТ 839-80 – «Провода неизолированные для воздушных линий электропередач» таблицы 1 – 4. Данные таблицы вы сможете найти непосредственно в самом ГОСТ, приведу лишь не которые.

Пользоваться всеми известными формулами по определению активного сопротивления — не рекомендуется [Л1. с.18],связано это с тем, что действительное сечение отличается от номинального сечения, провода выпускались в разное время, по разным ГОСТ и ТУ и величины удельной проводимости (ρ) и удельного сопротивления (γ) у них разные:

где:

  • γ – значение удельной проводимости для медных и алюминиевых проводов при температуре 20 °С принимается: для медных проводов – 53 м/Ом*мм2; для алюминиевых проводов – 31,7 м/Ом*мм2;
  • s – номинальное сечение провода(кабеля),мм2;
  • l – длина линии, м;
  • ρ – значение удельного сопротивления принимается: для медных проводов — 0,017-0,018 Ом*мм2/м; для алюминиевых проводов – 0,026 — 0,028 Ом*мм2/м, см. таблицу 1.14 [Л2. с.30].

Активные сопротивления стальных проводов математическому расчету не поддаются. Поэтому рекомендую для определения активного сопротивления использовать приложения П23 – П25 [Л1. с.80,81].

Определение индуктивного сопротивления проводов

Индуктивное сопротивление воздушных линий для стандартной частоты f = 50 Гц и относительной магнитной проницаемости для цветных металлов µ = 1, определяется по известной всем формуле [Л1.с.19]:

где:

  • Dср. – среднее геометрическое расстояние между проводами, мм;
  • dр – расчетный диаметр провода (мм2), определяется по ГОСТ 839-80, таблицы 1 -4;

Среднее геометрическое расстояние между проводами определяется по формуле [Л1.с.19]:

где:

  • D1-2 — расстояние между проводами первой и второй фазы;
  • D2-3 — расстояние между проводами второй и третей фазой;
  • D1-3 — расстояние между первой и третей фазой.

Данные значения определяются по чертежам опор линий электропередачи.

Для упрощения расчетов индуктивного сопротивления проводов рекомендуется использовать приложения П28-П31 [Л1.с.83-85], предварительно определив значение Dср.

Если же нужно выполнить приближенный расчет, то можно использовать в расчетах средние значения сопротивлений:

  • для линий 0,4 – 10 кВ х = 0,3 Ом/км;
  • для линий 35 кВ х = 0,4 Ом/км;
  • для стальных проводов использовать приложение П6 [Л1.с.70];

Индуктивное сопротивление кабелей рассчитать довольно сложно, из-за различной их конструкции. Поэтому активные и индуктивные сопротивления кабелей рекомендуется принимать по справочникам, приложение П7 [Л1.с.70].

Если же нужно выполнить приближенный расчет, можно принять индуктивные сопротивления:

  • для кабелей сечением 16 – 240 мм2 х = 0,06 Ом/км для напряжения до 1000 В;
  • для кабелей сечением 16 – 240 мм2 х = 0,08 Ом/км для напряжения 6 – 10 кВ;
  • для проводов проложенных на роликах х = 0,20 Ом/км;
  • для проводов проложенных на изоляторах х = 0,25 Ом/км;

Литература:

1. Расчет токов короткого замыкания в электросетях 0,4-35 кВ, Голубев М.Л. 1980 г.
2. Справочная книга электрика. Григорьева В.И. 2004 г.

Поделиться в социальных сетях

Удельное сопротивление кабеля таблица


Удельное сопротивление меди

Главная > Теория > Удельное сопротивление меди

Одним из самых распространённых металлов для изготовления проводов является медь. Её электросопротивление минимальное из доступных по цене металлов. Оно меньше только у драгоценных металлов (серебра и золота) и зависит от разных факторов.

Формула вычисления сопротивления проводника

Что такое электрический ток

На разных полюсах аккумулятора или другого источника тока есть разноимённые носители электрического заряда. Если их соединить с проводником, носители заряда начинают движение от одного полюса источника напряжения к другому. Этими носителями в жидкости являются ионы, а в металлах – свободные электроны.

Определение. Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.

Удельное сопротивление

Удельное электрическое сопротивление – это величина, определяющая электросопротивление эталонного образца материала. Для обозначения этой величины используется греческая буква «р». Формула для расчета:

p=(R*S)/l.

Эта величина измеряется в Ом*м. Найти её можно в справочниках, в таблицах удельного сопротивления или в сети интернет.

Свободные электроны по металлу двигаются внутри кристаллической решётки. На сопротивление этому движению и удельное сопротивление проводника влияют три фактора:

  • Материал. У разных металлов различная плотность атомов и количество свободных электронов;
  • Примеси. В чистых металлах кристаллическая решётка более упорядоченная, поэтому сопротивление ниже, чем в сплавах;
  • Температура. Атомы не находятся на своих местах неподвижно, а колеблются. Чем выше температура, тем больше амплитуда колебаний, создающая помехи движению электронов, и выше сопротивление.

На следующем рисунке можно увидеть таблицу удельного сопротивления металлов.

Удельное сопротивление металлов

Интересно. Есть сплавы, электросопротивление которых падает при нагреве или не меняется.

Проводимость и электросопротивление

Так как размеры кабелей измеряются в метрах (длина) и мм² (сечение), то удельное электрическое сопротивление имеет размерность Ом·мм²/м. Зная размеры кабеля, его сопротивление рассчитывается по формуле:

R=(p*l)/S.

Кроме электросопротивления, в некоторых формулах используется понятие «проводимость». Это величина, обратная сопротивлению. Обозначается она «g» и рассчитывается по формуле:

g=1/R.

Проводимость жидкостей

Проводимость жидкостей отличается от проводимости металлов. Носителями зарядов в них являются ионы. Их количество и электропроводность растут при нагревании, поэтому мощность электродного котла растёт при нагреве от 20 до 100 градусов в несколько раз.

Интересно. Дистиллированная вода является изолятором. Проводимость ей придают растворенные примеси.

Электросопротивление проводов

Самые распространенные металлы для изготовления проводов – медь и алюминий. Сопротивление алюминия выше, но он дешевле меди. Удельное сопротивление меди ниже, поэтому сечение проводов можно выбрать меньше. Кроме того, она прочнее, и из этого металла изготавливаются гибкие многожильные провода.

В следующей таблице показывается удельное электросопротивление металлов при 20 градусах. Для того чтобы определить его при других температурах, значение из таблицы необходимо умножить на поправочный коэффициент, различный для каждого металла. Узнать этот коэффициент можно из соответствующих справочников или при помощи онлайн-калькулятора.

Сопротивление проводов

Выбор сечения кабеля

Поскольку у провода есть сопротивление, при прохождении по нему электрического тока выделяется тепло, и происходит падение напряжения. Оба этих фактора необходимо учитывать при выборе сечения кабелей.

Выбор по допустимому нагреву

При протекании тока в проводе выделяется энергия. Её количество можно рассчитать по формуле электрической мощности:

P=I²*R.

В медном проводе сечением 2,5мм² и длиной 10 метров R=10*0.0074=0.074Ом. При токе 30А Р=30²*0,074=66Вт.

Эта мощность нагревает токопроводящую жилу и сам кабель. Температура, до которой он нагревается, зависит от условий прокладки, числа жил в кабеле и других факторов, а допустимая температура – от материала изоляции. Медь обладает большей проводимостью, поэтому меньше выделяемая мощность и необходимое сечение. Определяется оно по специальным таблицам или при помощи онлайн-калькулятора.

Таблица выбора сечения провода по допустимому нагреву

Допустимые потери напряжения

Кроме нагрева, при прохождении электрического тока по проводам происходит уменьшение напряжения возле нагрузки. Эту величину можно рассчитать по закону Ома:

U=I*R.

Справка. По нормам ПУЭ оно должно составлять не более 5% или в сети 220В – не больше 11В.

Поэтому, чем длиннее кабель, тем больше должно быть его сечение. Определить его можно по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В отличие от выбора сечения по допустимому нагреву, потери напряжения не зависят от условий прокладки и материала изоляции.

В сети 220В напряжение подаётся по двум проводам: фазному и нулевому, поэтому расчёт производится по двойной длине кабеля. В кабеле из предыдущего примера оно составит U=I*R=30A*2*0.074Ом=4,44В. Это немного, но при длине 25 метров получается 11,1В – предельно допустимая величина, придётся увеличивать сечение.

Максимально допустимая длина кабеля данного сечения

Электросопротивление других металлов

Кроме меди и алюминия, в электротехнике используются другие металлы и сплавы:

  • Железо. Удельное сопротивление стали выше, но она прочнее, чем медь и алюминий. Стальные жилы вплетаются в кабеля, предназначенные для прокладки по воздуху. Сопротивление железа слишком велико для передачи электроэнергии, поэтому при расчёте сечения жилы не учитываются. Кроме того, оно более тугоплавкое, и из него изготавливаются вывода для подключения нагревателей в электропечах большой мощности;
  • Нихром (сплав никеля и хрома) и фехраль (железо, хром и алюминий). Они обладают низкой проводимостью и тугоплавкостью. Из этих сплавов изготавливаются проволочные резисторы и нагреватели;
  • Вольфрам. Его электросопротивление велико, но это тугоплавкий металл (3422 °C). Из него изготавливаются нити накала в электролампах и электроды для аргонно-дуговой сварки;
  • Константан и манганин (медь, никель и марганец). Удельное сопротивление этих проводников не меняется при изменениях температуры. Применяются в претензионных приборах для изготовления резисторов;
  • Драгоценные металлы – золото и серебро. Обладают самой высокой удельной проводимостью, но из-за большой цены их применение ограничено.

Индуктивное сопротивление

Формулы для расчёта проводимости проводов справедливы только в сети постоянного тока или в прямых проводниках при низкой частоте. В катушках и в высокочастотных сетях появляется индуктивное сопротивление, во много раз превышающее обычное. Кроме того, ток высокой частоты распространяется только по поверхности провода. Поэтому его иногда покрывают тонким слоем серебра или используют литцендрат.

Справка. Литцендрат – это многожильный провод, каждая жила в котором изолирована от остальных. Это делается для увеличения поверхности и проводимости в сетях высокой частоты.

Удельное сопротивление меди, гибкость, относительно невысокая цена и механическая прочность делают этот металл, вместе с алюминием, самым распространенным материалом для изготовления проводов.

Видео

elquanta.ru

Таблица удельных сопротивлений проводников. Таблица удельных сопротивлений металлов.

Электрическое сопротивление силовых кабелей

Сопротивление — физическая единица, показывающая способность сдерживать электрический ток. Разные виды проводников имеют свой показатель этой характеристики, из чего вытекают их особенности.

Индуктивное сопротивление

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.

Особенности активного сопротивления

Активное сопротивление — это единица, показывающая R на участке в электрической цепи, на котором электрическая энергия переходит в тепловую, механическую или любую другую энергию. Из-за того что переменный тоκ проходит неравномерно, R переменного и постоянного тока будет различаться при их равных параметрах. Это правило действует на электрокабели и электролинии. Но для электрокабелей из цветных металлов с частотой переменного напряжения 50 Герц это правило практически неприменимо, так как в этом случае активное R всегда одинаково при любом токе.

Активное сопротивление

Стальные электропровода имеют лучшее активное R в сравнении с цветными металлами.

Виды сопротивлений

Всего есть четыре вида сопротивления:

  • Омическое. Это R постоянного тока.
  • Активное. Это R переменного тока.
  • Индуктивное (XL). Это отношение самоиндукционного тока катушки к току от генератора.
  • Емкостное. Это отношение силы конденсатора к его заряду.

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление (ρ) — это единица, показывающая способность проводника затруднять прохождение электрического тока.

С помощью него можно оценивать параметры электрических проводников из разных материалов.
ρ проводника всегда увеличивается при увеличении длины и уменьшении сечения, в интернациональной системе длина проводника равна 1 метру, а сечение -1 мм2.

Сопротивление 1 метра провода

Активное сопротивление проводов, кабелей и линий

Из-за того что переменный ток проходит неравномерно, то при одинаковых условиях тока переменного и постоянного R будет отличаться. Как уже было сказано, стальные электропровода имеют лучшее активное R по сравнению с проводниками из цветных металлов, которые имеют одинаковое R при любой силе тока.

Напротив, активное R электрокабелей из стали всегда зависит от электрического тока, поэтому удельную постоянную проводимость в этом случае никогда не используют. Активное R электрокабеля определяют с помощью формулы: R=l/у*s.

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.

Расчетные данные

Сопротивление изоляции кабеля

Для нахождения R изоляции кабеля нужно исходить из его вида. Есть следующие разновидности:

  1. 1000 В и больше — высоковольтные.
  2. Ниже 1000 В — низковольтные.
  3. Контрольные электрокабели — защитные цепи, вторичные цепи РУ (реле указательных), цепи питания электроприводов и так далее.

Для измерения R изоляции необходимо специализированное устройство. Высоковольтные и низковольтные определяются при напряжении 2500 В, когда контрольные — от 500 до 2500 В. Если используется высоковольтный со значением больше 1000 В, то его R изоляции должно быть не меньше 10 МОм. Если используется низковольтный со значением меньше 1000 В, то его R изоляции должно быть не меньше 0,5 Мом. У контрольных кабелей R изоляции должно быть не меньше 1 МОм.

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.

Биметаллический кабель

Биметаллические кабели состоят из обычной проволоки из стали, покрытой медью и имеют малое удельное R. Биметаллические электрокабели производят из малого количество меди, что значительно удешевляет их. При этом они способны выдержать в 5 раз большую нагрузку, чем чисто стальные, и в 6 раз большую, чем медные. В связи с этим их активно используют в линиях электропередачи, а также шинах распределяющих устройств и разных частей электроприборов.

При выборе проводников необходимо учитывать условия их эксплуатации и выбирать в соответствии с ними кабель с подходящими свойствами, в первую очередь – сопротивлением.

Сопротивление медного кабеля | Полезные статьи

Несмотря на то, что медь – один из лучших проводников электричества, она обладает сопротивлением. Оно незначительно – поэтому, например, при прокладке трасс небольшой длины (например, в квартире) им можно пренебречь.

Однако при прокладке трасс большой длины сопротивление медного кабеля имеет решающее значение – поскольку никому не хочется получить на «выходе» значительно меньшее напряжение, чем на «входе».

Сопротивление жилы медного кабеля

Существует три способа узнать сопротивление жилы медного кабеля – получить его из таблицы, рассчитать или же измерить специальным прибором (омметром). Первый вариант наиболее прост, но при этом не слишком точен. Таблицы, в которых указывается номинальное электросопротивление токоведущих жил медного кабеля в расчёт на 1 км длины, приведены в ГОСТ 22483-2012.

Дело в том, что табличные величины сопротивления указываются для кабелей определённого сечения и с определённым составом проводника. На практике же выясняется, что состав медного сплава может отличаться от нормативов. Особенно если речь заходит о некачественных, бюджетных кабелях.

Второй способ получения сопротивления медного кабеля – расчёт по формуле. Потребуется указать следующие значения:

  • Удельное сопротивление меди ρ, которое варьируется в зависимости от процентного содержания меди в сплаве от 0,01724 до 0,018 Ом×мм²/м;
  • Длину медного кабеля в метрах;
  • Сечение кабеля S в мм².

Далее используется следующая формула:

Полученное сопротивление R– это сопротивление всего проводника на произвольную длину. Так что этой формулой удобно пользоваться при расчётах как длинных, так и коротких линий.

Якорь И третий вариант – это измерить сопротивление проводника самостоятельно. Он наиболее точен, поскольку показывает фактическое значение. Тем не менее, главный минус этого способа заключается в трудоёмкости.

Измерение электросопротивления токоведущих жил производится одинарным, двойным или одинарно-двойным мостом с постоянным напряжением. Конкретная методика и принципиальные схемы описываются ГОСТ 7229-76.

Сопротивление изоляции кабелей медных

Измерение сопротивления изоляции кабелей с медными токоведущими жилами является частью испытаний кабельных линий. Эти процедуры проводятся при положительной температуре окружающего воздуха.

Дело в том, что в изоляции кабеля могут находиться микрокапли влаги. При отрицательных температурах они замерзают. Кристаллы льда, в свою очередь, являются диэлектриками, то есть ток они не проводят. И, как следствие, измерения медных кабелей при отрицательной температуре не выявят наличия вкраплений влаги в изоляции.

Для измерения сопротивления изоляции используется мегаомметр. Нормативы подразумевают, что его погрешность должна составлять не более 0,2%. Так, одним из допускаемых соответствующим госреестром устройств является SonelMIC-2500 – гигаомметр, предназначенный для измерения сопротивления изоляции, степени её увлажнённости и старения.

В общем виде процедура измерения сопротивления изоляции медных кабелей проводится следующим образом:

  1. С кабеля снимается напряжение. Его отсутствие проверяется специальным устройством;
  2. Устанавливается испытательное заземление на стороне, где проводится измерение;
  3. Жилы с другой стороны разводятся на значительное расстояние друг от друга;
  4. На каждую жилу подаётся напряжение. На кабели с изоляцией из бумаги, ПВХ, полимеров и резины подаётся постоянное напряжение, а на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена – переменное;
  5. В течение одной минуты замеряется сопротивление изоляции.

Измерение проходит следующим образом:

  • Предположим, измеряется сопротивление изоляции жилы «А»;
  • Тогда испытательное заземление подключается к жилам «В» и «С»;
  • Один конец мегаомметра подключается к жиле «А», второй – к заземляющему устройству («земле»).

Стоит отметить, что конкретная методика измерения зависит от типа кабеля – низковольтный силовой, высоковольтный силовой, контрольный. Вышеприведённый алгоритм имеет общий характер.

Расчет сопротивления медных проводов и выбор сечения кабеля

На стадии проектирования линий электропередач, информационных и контрольных сетей существенное значение приобретает выбор материала и площади поперечного сечения проводника. Правильное инженерное решение помогает снизить потери, уменьшить вероятность аварийных ситуаций, решить другие задачи. Сравнительно небольшое электрическое сопротивление медного провода объясняет популярность применения этого варианта. Дополнительные преимущества и альтернативы рассмотрены в данной публикации.

Увеличением сечения повышают стойкость проводника к токовым нагрузкам

Увеличением сечения повышают стойкость проводника к токовым нагрузкам

От чего зависит сопротивление металла

Электрический ток по классическому определению – это направленное движение заряженных частиц. В металлах перемещаются электроны, если создать между двумя точками подключения источника питания разницу потенциалов. Этому процессу препятствуют примеси, поэтому проводимость лучше в однородном материале.

К сведению. Качественные проводники тока выпускают из электротехнической меди, которая содержит не более 0,01% сторонних примесей. Незначительная добавка алюминия (0,02-0,03%) уменьшает проводимость на 10-11%. При большой длине трассы существенно увеличиваются потери на передачу энергии.

Отрицательное влияние оказывают колебательные процессы атомов кристаллической решетки. При повышении температуры увеличивается амплитуда этих движений, что создает дополнительные препятствия перемещению зарядов. Для компенсации этого явления резисторы создают из специальных сплавов. Правильно подобранные пропорции материалов обеспечивают стабильность электрического сопротивления в расчетном температурном диапазоне.

Удельное сопротивление различных металлов

Чтобы рассчитать потери, которые обеспечивает определенная длина проводника, удобно оперировать удельными параметрами. Базовая формула для вычисления электрического сопротивления:

R = p*(L/S),

где:

  • L – длина в метрах;
  • S – площадь поперечного сечения, мм кв.;
  • p – удельное сопротивление кабеля, изготовленного из определенного материала, (Ом*мм кв.)/м.

При необходимости сечение можно вычислить по диаметру (D), применив известную формулу из геометрии:

S = (π * D2)/4.

Если микрометр отсутствует, применяют намотку провода на цилиндрический инструмент (отвертку, карандаш). Далее измеряют длину созданной катушки обычной линейкой, делят полученное значение на количество витков.

Измерение диаметра подручными средствами

Измерение диаметра подручными средствами

Медь и алюминий

Для значительного изменения сопротивления провода достаточно минимального количества примесей. Однако даже при высокой степени очистки медь гораздо лучше проводит электрический ток, по сравнению с алюминием. Ниже приведены значения удельного сопротивления соответствующих материалов. С применением справочных сведений несложно проверить потери при выборе кабельной продукции для формирования трассы определенной длины:

  • pм = 0,0175;
  • pа = 0,028.

Другие металлы

Удельное сопротивление нихрома составляет от 1,04 до 1,42 (Ом*мм кв.)/метр. Большой разброс параметров объясняется пропорциональным изменением составляющих сплава. Такие материалы применяют для создания нагревательных элементов, так как целостность изделий сохраняется при высокой температуре. С учетом высокого сопротивления нихромовой проволоки на единицу длины этот кабель идеально подходит для создания «теплого пола».

Особенности других материалов (удельное сопротивление Ом*мм кв.)/м):

  • золото (0,023) обеспечивает хорошую проводимость и устойчивость к окислению, но стоит дорого;
  • ограниченное применение серебра (0,015) также объясняется высокой ценой;
  • высокая температура (+3 422°C) плавления вольфрама (0,05) позволяет применять его для изготовления спиралей классических ламп накаливания;
  • константан (0,5) применяют для создания резисторов.

Выбор сечения кабелей

Для крупных расчетов можно использовать специализированный калькулятор на справочном сайте либо соответствующее программное обеспечение. Следующий алгоритм применяют для последовательного вычисления рабочих параметров по формулам:

  • при передаче в подключенную нагрузку мощности P = 1 600 Вт в линии с напряжением U = 220 V постоянный ток (I) определяют следующим образом: I = P/U ≈ 7,27А;
  • сопротивление медного проводника (в обе стороны) длиной 800 м и сечением 2,5 мм кв.: R = (2*I*p)/S = (2*800*0,0175)/2,5 = 11,2 Ом;
  • потери по напряжению в этой трассе: ΔU = (2*L*I)/((1/p)*S) = (2*800*7,27)/((1/0,0175)*2,5) = 11 520/ 142,86 = 80,63 V.

При необходимости последнее выражение несложно математически преобразовать для выбора площади поперечного сечения проводника по суммарному значению подключаемой нагрузки:

S = (2*I*L)/((1/p)*ΔU.

В рассмотренном примере потери напряжения составляют более 36%. Этот результат свидетельствует о необходимости корректировки расчета сопротивления проводника. По действующим нормативам допустимо уменьшение контрольного параметра не более, чем на 5 %. Увеличив диаметр провода, можно получить необходимый результат. При сечении 19 мм кв. напряжение уменьшится до 209,41 V (4,81%).

С учетом увеличенного сопротивления алюминиевого провода предполагаются пропорциональные изменения потерь. Выполнив аналогичный расчет, можно получить рекомендованное сечение 31 мм кв. Использование такого проводника в аналогичных условиях снизит напряжение до 209,2 V, что позволит обеспечить соответствие нормативам – 4,92%.

К сведению. Для проверки расчетных данных можно использовать мультиметр. Измерения выполняют в соответствующем диапазоне с учетом амплитуды сигнала, переменного (постоянного) тока.

Измерение сопротивления кабеля мультиметром

Измерение сопротивления кабеля мультиметром

При подключении источника питания переменного тока алгоритм вычислений усложняется. Для таких исходных условий пользуются формулой:

ΔU = ((Pа * Rа + Pр * Rи) *L)/ U,

где:

  • Pа (Pр) – активная (реактивная) мощность;
  • Rа (Rи) – относительное активное (индуктивное) сопротивление линии в Ом на километр.

Для определенных материалов проводников исходные данные берут из справочника. По аналогии с упомянутыми нормативами уменьшение напряжения не должно быть в общем случае более 5%. Дополнительные ограничения применяют с учетом особенностей электрических сетей и подключаемых потребителей (от 1% до 12%). Действующие правила уточняют по тексту последней редакции ПУЭ.

Приведенные итоги расчетов убедительно подтверждают преимущества меньшего удельного сопротивления медного провода. При использовании алюминиевого аналога значительно увеличивается количество материала для передачи электроэнергии с нормативными потерями. Для комплексного анализа следует учитывать лучшие показатели меди по прочности, гибкости.

Алюминий отличается меньшей стоимостью, легкостью. Но при работе с этим материалом следует исключить вибрационные воздействия и перемещения в процессе эксплуатации. Особо тщательно проектируют изгибы, чтобы сохранить целостность проводника. Электрический контакт нарушается образованием окислов на поверхности изделий, изготовленных из этого металла.

К сведению. В определенных ситуациях многое будет значить свободное место для прокладки трассы. По экономии пространства преимущественными параметрами обладает медь.

Выбор сечения проводника по допустимому нагреву

По мере увеличения силы тока повышается температура проводящего металла. На определенном уровне повреждается слой защитной изоляции, созданный из полимеров. Это провоцирует короткие замыкания и образование пламени. Опасные ситуации предотвращают корректным расчетом площади поперечного сечения. Определенное значение имеет способ прокладки (совместный/ раздельный).

Выбор кабельных изделий с учетом нагрева

Выбор кабельных изделий с учетом нагрева

Выбор сечения по потерям напряжения

Как показано в расчетах, при большой длине трасы нужно учитывать снижение напряжения и соответствующие энергетические потери. В крупных проектах рассматривают всю цепь тока с распределительными устройствами и подключаемыми нагрузками.

Выбор по допустимым потерям

Выбор по допустимым потерям

Для точного определения подходящей кабельной продукции рассматривают особенности процесса эксплуатации. Делают необходимый запас, чтобы предотвратить аварийные ситуации при подключении новых потребителей и бросках напряжения в сети питания.

Видео

Сопротивление медного провода: таблица, формула расчета сопротивления

Использование меди в электротехнических устройствах обусловлено двумя факторами: хорошей проводимостью и относительной дешевизной. При проектировании или ремонте линий электропередач или электронных приборов, необходимо учитывать сопротивление медных проводов. Пренебрежение данным параметром приведет к поломке электрической системы.

Что такое сопротивление медного провода

В металлах ток образуется при появлении электрического поля. Оно «заставляет» двигаться электроны упорядоченно, в одном направлении. Электроны дальних орбит атома, слабо удерживаемые ядром, формируют ток.

Медные провода

При прохождении отрицательных частиц сквозь кристаллическую решетку молекул меди, они сталкиваются с атомами и другими электронами. Возникает препятствие или сопротивление направленному движению частиц.

Для оценки противодействия току была введена величина «электрическое сопротивление» или «электрический импеданс». Обозначается она буквой «R» или «r». Вычисляется сопротивление по формуле Георга Ома: R=, где U — разность потенциалов или напряжение, действующее на участке цепи, I — сила тока.

Понятие сопротивления

Важно! Чем выше значение импеданса металла, тем меньший ток проходит по нему, и именно медные проводники так широко распространены в электротехнике, благодаря этому свойству.

Исходя из формулы Ома, на величину тока влияет приложенное напряжение при постоянном R. Но резистентность медных проводов меняется, в зависимости от их физических характеристик и условий эксплуатации.

Что влияет на сопротивление медного провода

Электрический импеданс медного кабеля зависит от нескольких факторов:

  • Удельного сопротивления;
  • Площади сечения проволоки;
  • Длины провода;
  • Внешней температуры.

Последним пунктом можно пренебречь в условиях бытового использования кабеля. Заметное изменение импеданса происходит при температурах более 100°C.

Зависимость сопротивления

Удельное сопротивление в системе СИ обозначается буквой ρ. Оно определяется, как величина сопротивления проводника, имеющего сечение 1 м2 и длину 1 м, измеряется в Ом ∙ м2. Такая размерность неудобна в электротехнических расчетах, поэтому часто используется единица измерения Ом ∙ мм2.

Важно! Данный параметр является характеристикой вещества — меди. Он не зависит от формы или площади сечения. Чистота меди, наличие примесей, метод изготовления проволоки, температура проводника — факторы, влияющие на удельное сопротивление.

Зависимость параметра от температуры описывается следующей формулой: ρt= ρ20[1+ α(t−20°C)]. Здесь ρ20— удельное сопротивление меди при 20°C, α— эмпирически найденный коэффициент, от 0°Cдо 100°C для меди имеет значение, равное 0,004 °C-1, t — температура проводника.

Ниже приведена таблица значений ρ для разных металлов при температуре 20°C.

Таблица удельного сопротивления

Согласно таблице, медь имеет низкое удельное сопротивление, ниже только у серебра. Это обуславливает хорошую проводимость металла.

Чем толще провод, тем меньше его резистентность. Зависимость R проводника от сечения называется «обратно пропорциональной».

Важно! При увеличении поперечной площади кабеля, электронам легче проходить сквозь кристаллическую решетку. Поэтому, при увеличении нагрузки и возрастании плотности тока, следует увеличить площадь сечения.

Увеличение длины медного кабеля влечет рост его резистентности. Импеданс прямо пропорционален протяженности провода. Чем длиннее проводник, тем больше атомов встречаются на пути свободных электронов.

Выводы

Последним элементом, влияющим на резистентность меди, является температура среды. Чем она выше, тем большую амплитуду движения имеют атомы кристаллической решетки. Тем самым, они создают дополнительное препятствие для электронов, участвующих в направленном движении.

Важно! Если понизить температуру до абсолютного нуля, имеющего значение 0° Kили -273°C, то будет наблюдаться обратный эффект — явление сверхпроводимости. В этом состоянии вещество имеет нулевое сопротивление.

Температурная корреляция

Как узнать сопротивление 1 метра медного провода

После выяснения всех факторов, влияющих на резистентность медного провода, можно объединить их в формуле зависимости сопротивления от сечения проводника и узнать, как вычислить этот параметр. Математическое выражение выглядит следующим образом: R= pl/s, где:

  • ρ — удельное сопротивление;
  • l — длина проводника, при нахождении сопротивления медного проводника длиной 1 м, l = 1;
  • S— площадь поперечного сечения.

Для вычисления S, в случае провода цилиндрической формы, используется формула: S = π ∙ r2 = π d2/4 ≈ 0.785 ∙ d2, здесь:

  • r — радиус сечения провода;
  • d — его диаметр.

Если провод состоит из нескольких жил, то суммарная площадь будет равна: S = n d2/1,27, где n — количество жил.

Если проводник имеет прямоугольную форму, то S = a ∙ b, где a — ширина прямоугольника, b — длина.

Важно! Узнать диаметр сечения можно штангенциркулем. Если его нет под рукой, то намотать на любой стержень измеряемую проволоку, посчитать количество витков, желательно, чтобы их было не меньше 10 для большей точности. После этого измерить намотанную часть проводника, и разделить значение на количество витков.

Вычисление площади сечения

Как правильно рассчитать сопротивление провода по сечению

Проектируя электрическую сеть, необходимо правильно подобрать сечение кабеля, чтобы его резистентность не была высокой. Большой импеданс вызовет падение напряжения выше допустимого значения. В результате подключенное к сети электрическое устройство может не заработать. Также, провода начнут перегреваться.

Для правильного расчета минимального сечения необходимо учесть следующие факторы:

  • По стандартам ПУЭ падение напряжения не должно быть больше 5%.
  • В бытовых условиях ток проходит по двум проводам. Поэтому, при расчете величину сопротивления нужно умножить на 2.
  • Учитывать нужно мощность всех подключенных приборов на линии. Для развития предусмотреть запас по нагрузке.

Как вычислить сопротивление проводника по формуле? Для примера можно рассмотреть задачу. Требуется определить: достаточно ли будет медного кабеля сечением 2,5 мм2 и длиной 30 метров для подключения оборудования мощностью 9 кВт.

Формулы электрической цепи

Задача решается следующим образом:

  • Резистентность медного кабеля будет равна:

2 ∙ (ρ ∙ L) / S = 2 ∙ (0,0175 ∙ 30) / 2,5 = 0,42 Ом.

  • Для нахождения падения напряжения нужно определить силу тока, по формуле: I= P/U.

Здесь P — суммарная мощность оборудования, U — напряжение в цепи. Тогда сила тока будет равна: I = 9000 / 220 = 40,91 А.

  • Используя закон Ома, можно найти падение напряжения по кабелю: ΔU = I ∙ R = 40, 91 ∙ 0,42 = 17,18 В.
  • От 220 В процент падения составит: U% = (ΔU / U) ∙ 100% = (17,18 / 220) ∙ 100% = 7, 81%>5%.

Падение напряжение выходит за пределы допустимого значения, значит необходимо использовать кабель большего сечения.

Таблица сопротивления медного провода

Узнать резистентность проводника можно по таблицам. В них содержатся готовые результаты вычислений для разных кабелей.

Таблица меди на метр 1

Например, сопротивление меди на метр для различных сечений можно определить без вычислений, из соответствующей таблицы.

Таблица меди на метр 2

Важно! Таблицы не содержат данные о всех сечениях. Если нужно узнать величину импеданса для неуказанного кабеля, то находится среднее значение между двумя ближайшими известными сопротивлениями.

Таблица сечений, сопротивлений, силы тока

Расчет сопротивления кабеля является важной задачей при проектировании электрической системы. Воспользовавшись формулами или таблицами, можно успешно ее решить.

Активное и индуктивное сопротивление кабелей и проводов. Емкостная проводимость линий электропередач

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:

aktivnoe-soprotivlenie-provodov-i-kabelej

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:

aktivnoe-soprotivlenie-provodov-i-kabelej-pri-razlichnyx-znacheniyax-okruzhayushhej-sredy

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.

Активное сопротивление стальных проводов (в отличии от проводов из цветных металлов) сильно зависит от величины протекаемого тока, поэтому использовать постоянное значение удельной проводимости при расчетах нельзя.

Активное сопротивление стальных проводов в зависимости от протекающего тока аналитически выразить весьма трудно, поэтому для его определения используют специальные таблицы.

Индуктивное сопротивление проводов и кабелей

Для определения индуктивного сопротивления (обозначается Х) кабельной или воздушной линии определенной протяженности в километрах удобно пользоваться выражением:

induktivnoe-soprotivlenie-provoda-ili-linii

Где: Х0 – индуктивное сопротивление одного километра провода или кабеля на фазу, Ом/км.

Х одного километра воздушной или кабельной линии можно определить по формуле:

induktivnoe-soprotivlenie-odnogo-kilometra-linii

Где: Dср – расстояние среднее между проводами или центрами жил кабелей, мм; d – диаметр токоведущей жилы кабеля или диаметр провода, мм; μт – относительная магнитная проницаемость материала провода;

Первый член правой части уравнения обусловлен внешним магнитным полем и называется внешним индуктивным сопротивлением Х0/. Из этого выражения видно, что Х0/ зависит только от расстояния между проводами и их диаметра, а так как расстояние между проводами выбирается исходя из номинального напряжения линии, соответственно Х0/ будет расти с ростом номинального напряжения линии. Х0/ воздушных линий больше, чем кабельных. Это связано с тем, что токоведущие жилы кабеля располагаются друг к другу значительно ближе, чем провода воздушных линий.

Для одной фазы:

srednee-rasstoyanie-mezhdu-provodami

Где: D1:2 расстояние между проводами.

Для одинарной трехфазной линии при расположении проводов по треугольнику:

odinarnoj-trexfaznoj-linii-pri-raspolozhenii-provodov-po-treugolniku

При горизонтальном или вертикальном расположении проводов трехфазной линии в одной плоскости:

pri-gorizontalnom-ili-vertikalnom-raspolozhenii-provodov-trexfaznoj-linii-v-odnoj-ploskosti

Увеличение сечения проводов линии ведет к незначительному уменьшению Х0/.

Второй член уравнения для определения X0 обусловлен магнитным полем внутри проводника. Он выражает внутреннее индуктивное сопротивление Х0//.

Таким образом выражение для Х0 можно представить в виде:

uproshhennoe-uravnenie-dlya-induktivnogo-soprotivleniya-na-1-km-dliny-linii

Для линий из немагнитными материалов μ = 1 внутреннее индуктивное сопротивление Х0// по сравнению с внешним Х0/ составляет ничтожную величину, поэтому им очень часто пренебрегают.

В таком случае формула для определения Х0 примет вид:

uproshhennaya-formula-dlya-opredeleniya-induktivnogo-soprotivleniya

Для практических расчетов индуктивные сопротивления кабелей и проводов определяют по соответствующим таблицам.

В случае приближенных расчетов можно считать для воздушных линий напряжением 6-10 кВ Х0 = 0,3 – 0,4 Ом/км, а для кабельных Х0 = 0,08 Ом/км.

Внутренне индуктивное сопротивление стальных проводов сильно отличается от Х0// проводов из цветных металлов. Это вызвано тем, что Х0// пропорционально магнитной проницаемости μr, которая сильно зависит от величины тока в проводе. Если для проводов из цветных металлов μr = 1, то для стальных проводов μr может достигать величины в 103 и даже выше.

Х0// для линий прокладываемых стальными проводами пренебрегать нельзя. Как правило, данную величину берут из таблиц, составленных на основе экспериментальных данных.

Сопротивления r0 и Х0// при некоторых значениях тока могут достигать максимальных значений, а затем с увеличением тока уменьшатся. Это явление объясняется магнитным насыщением стали.

Емкостная проводимость линий

Электрические линии, кроме активного и индуктивного сопротивлений, характеризуются и емкостной проводимостью, которая обусловлена емкостью между проводами и между проводам и землей.

Величину рабочей емкости в трехфазной воздушной линии приближенно можно определить по формуле:

velichinu-rabochej-emkosti-v-trexfaznoj-vozdushnoj-linii

Из данной формулы видно, что рабочая емкость будет увеличиваться с увеличением сечения проводов и уменьшением расстояния между ними. Поэтому при равных сечениях токоведущих частей линии низкого напряжения имеют большую рабочую емкость, чем линии высокого напряжения. В следствии небольших расстояний между токоведущими жилами кабеля и большей диэлектрической проницаемости изоляции по сравнению с воздухом рабочая емкость кабельной линии значительно больше, чем емкость воздушной линии.

Емкостная проводимость одноцепной воздушной линии определяется по формуле:

emkostnaya-provodimost-odnocepnoj-vozdushnoj-linii

Определение рабочей емкости кабельной линии по формулам, в которые входят диэлектрическая проницаемость изоляции кабеля, геометрические размеры и другие конструктивные особенности, задача не из легких, поэтому значения рабочей емкости определяют по специальным таблицам, составленным заводом изготовителем для различных марок кабелей, в зависимости от их номинального напряжения.

Емкостной ток вначале линии при холостом ходе (при отключенных электроприемниках) можно определить из формулы:

emkostnoj-tok-vnachale-linii-pri-xolostom-xode

Где: U – линейное напряжение сети, В; l – длина линии, км;

Емкостные токи имеют серьезное значение в воздушных линиях с рабочим напряжением 110 кВ и выше и в кабельных линиях с напряжением выше 10 кВ. При расчете электрических сетей с напряжениями ниже, чем выше перечисленные, емкость линии могут не учитывать. Емкость токопроводящих частей линии по отношению к земле имеет значение при расчете заземляющих устройств и защиты.

В сети с изолированной нейтралью величину емкостного тока однофазного замыкания на землю приближенно можно определить по формулам:

  • Для воздушной линии:

velichina-emkostnogo-toka-odnofaznogo-zamykaniya-na-zemlyu-v-seti-s-izolirovannoj-nejtralyu-dlya-vozdushnoj-linii

  • Для кабельной линии:

velichina-emkostnogo-toka-odnofaznogo-zamykaniya-na-zemlyu-v-seti-s-izolirovannoj-nejtralyu-dlya-kabelnoj-linii

Что такое удельное сопротивление — формула и единицы

Удельное электрическое сопротивление — ключевой параметр для любого материала, используемого в электрических цепях, электронных компонентах и ​​многих других предметах.


Учебное пособие по сопротивлению Включает:
Что такое сопротивление Закон Ома Удельное сопротивление Таблица удельного сопротивления для обычных материалов Температурный коэффициент сопротивления Электрическая проводимость Последовательные и параллельные резисторы Таблица параллельных резисторов Калькулятор параллельных резисторов


Удельное сопротивление — это мера сопротивления определенного размера материала определенного размера электрической проводимости.

Удельное сопротивление также может называться удельным электрическим сопротивлением или объемным сопротивлением, хотя эти термины используются менее широко.

Хотя материалы сопротивляются прохождению электрического тока, некоторые из них проводят его лучше, чем другие.

Удельное сопротивление — это показатель, позволяющий сравнивать то, как разные материалы допускают или препятствуют прохождению тока.

Чтобы значения удельного сопротивления были значимыми, для удельного сопротивления используются определенные единицы, и есть формулы для его расчета и соотнесения с сопротивлением в Ом для данного размера материала.

Материалы, которые легко проводят электрический ток, называются проводниками и имеют низкое удельное сопротивление. Те, которые плохо проводят электричество, называются изоляторами, и эти материалы обладают высоким удельным сопротивлением.

Удельное сопротивление различных материалов играет важную роль при выборе материалов, используемых для электрического провода, во многих электронных компонентах, включая резисторы, интегральные схемы и многое другое.

Определение удельного сопротивления и единицы

Удельное электрическое сопротивление образца материала может также быть известно как его удельное электрическое сопротивление.Это показатель того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока.

Определение удельного сопротивления:

Удельное сопротивление вещества — это сопротивление куба этого вещества, имеющего края единичной длины, при том понимании, что ток течет перпендикулярно противоположным граням и равномерно распределяется по ним.

Удельное электрическое сопротивление — это электрическое сопротивление на единицу длины и на единицу площади поперечного сечения при заданной температуре.

Единицей измерения удельного электрического сопротивления в системе СИ является омметр (Ом · м). Обычно обозначается греческой буквой ρ, ро.

Хотя обычно используется единица удельного сопротивления в системе СИ, омметр, иногда значения могут быть выражены в единицах ом сантиметров, Ом⋅см.

В качестве примера, если твердый куб из материала с размерами 1 M 3 имеет листовые контакты на двух противоположных сторонах, которые сами по себе не создают никакого сопротивления, а сопротивление между контактами составляет 1 Ом, тогда удельное сопротивление материала называется 1 & Omega: & dot; ⋅m.-2

Многие резисторы и проводники имеют одинаковое поперечное сечение с равномерным течением электрического тока. Следовательно, можно создать более конкретную, но более широко используемую формулу или уравнение электрического сопротивления:

Где:
R — электрическое сопротивление однородного образца материала, измеренное в омах,
l — длина куска материала, измеренная в метрах, м
A — площадь поперечного сечения образца, измеренная в квадратных метрах, м ^ 2

Из уравнений видно, что сопротивление можно изменять, изменяя множество различных параметров.

Например, сохраняя постоянное удельное сопротивление материала, сопротивление образца можно увеличить, увеличив длину или уменьшив площадь поперечного сечения. Из уравнений удельного сопротивления также видно, что увеличение удельного сопротивления материала приведет к увеличению сопротивления при тех же размерах. Аналогичным образом уменьшение удельного сопротивления уменьшит сопротивление.

Уровни удельного сопротивления материалов

Материалы делятся на разные категории в зависимости от их уровня или удельного сопротивления.-8

Полупроводники

Переменная *

Сверхпроводники

0

* Уровень проводимости полупроводников зависит от уровня легирования. Без легирования они выглядят почти как изоляторы, но с легированием доступны носители заряда, и сопротивление резко падает.Аналогично для электролитов уровень удельного сопротивления широко варьируется.


Практическое значение удельного сопротивления

Удельное сопротивление материалов важно, поскольку оно позволяет использовать правильные материалы в нужных местах в электрических и электронных компонентах.

Материалы, используемые в качестве проводников, например в электрических и соединительных проводах общего назначения, должны иметь низкий уровень удельного сопротивления. Это означает, что для данной площади поперечного сечения сопротивление провода будет низким.Выбор правильного материала зависит от знания его свойств, одним из которых является его удельное сопротивление.

Например, медь является хорошим проводником, поскольку она обеспечивает низкий уровень удельного сопротивления, ее стоимость не слишком высока, а также обеспечивает другие физические характеристики, которые используются во многих электрических и электронных приложениях. Удельное сопротивление меди составляет около 1,7 x 10 -8 Ом · метр (или 17 нОм), хотя цифры могут немного отличаться в зависимости от марки меди

.

Такие материалы, как медь и даже алюминий, обладают низким удельным сопротивлением, что делает их идеальными для использования в качестве электрических проводов и кабелей, причем медь часто является фаворитом.Серебро и золото имеют очень низкие значения удельного сопротивления, но, поскольку они значительно дороже, они не получили широкого распространения. Тем не менее, серебро иногда используется для обшивки проводов там, где необходимо его низкое удельное сопротивление, а золотое покрытие используется для сопрягаемых поверхностей многих электронных разъемов, чтобы обеспечить наилучшие контакты. Золото также хорошо подходит для электрических разъемов, поскольку оно не тускнеет и не окисляется, как другие металлы.

Другие материалы должны действовать как изоляторы, пропускающие как можно меньший ток.Удельное сопротивление изолятора будет на много порядков выше. Одним из примеров является воздух, и у него очень высокий показатель удельного сопротивления, превышающий 1,5 x 10 14 , что, как можно видеть, очень, очень много выше, чем удельное сопротивление меди.

Удельное электрическое сопротивление играет важную роль во многих других электронных компонентах. В резисторах, например, удельное сопротивление различных материалов играет ключевую роль в обеспечении правильного сопротивления резисторов.

Удельное сопротивление также играет ключевую роль в других электронных компонентах.Для интегральных схем очень важно удельное сопротивление материалов в кристалле. Некоторые области должны иметь очень низкое сопротивление и иметь возможность соединять различные области ИС внутри, тогда как другие материалы должны изолировать разные области. Опять же, для этого важно сопротивление.

Удельное сопротивление является ключевым во многих областях электронных компонентов, а также для многих электрических деталей.

Удельное электрическое сопротивление — ключевой параметр для материалов, которые будут использоваться в электрических и электронных системах.Эти вещества с высоким электрическим сопротивлением называются изоляторами и могут использоваться для этой цели. Они с низким уровнем удельного электрического сопротивления являются хорошими проводниками и могут использоваться во множестве приложений, от проводов до электрических соединений и многого другого.

Дополнительные основные понятия:
Напряжение ток Сопротивление Емкость Мощность Трансформеры RF шум Децибел, дБ Q, добротность
Вернуться в меню «Основные понятия».. .

.

Таблица удельного сопротивления

07 000

000 48,2 9007
Материал Удельное сопротивление ρ
(Ом · м)
Температура
Коэффициент α
на градус C
Электропроводность σ
x 10 7 / Ом · м
Ref
Серебро

07

73 1,59 x -8

.0038 6,29 3
Медь 1,68 x10 -8 .00386 5,95 3
Медь, отожженная 1,72 x10 -8 .00393 5,81 2
.00429 3,77 1
Вольфрам 5,6 x10 -8 .0045 1,79 1
Железо 71 x10 -8 .00651 1,03 1
Платина 10,6 x10 -8 .003927 x10 -8 .000002 0,207 1
Свинец 22 x10 -8 0,45 0,45 98 x10 -8 .0009 0,10 1
Нихром
(сплав Ni, Fe, Cr)
100 x10 -8 .0004 0,10 1 2 000 000 x10 -8 0,20 1
Углерод *
(графит)
3-60 x10 -5 -.0005 1
Германий * 1-500 x10 -3 -.05 1
Кремний * 0,1-60 -.07 1
Стекло 1-10000 x10 9 1
Кварцевый
(плавленый)
7,5 x10 17 1
Твердая резина 1-100 x10 13 1

* Удельное сопротивление полупроводников сильно зависит от наличия примесей в материале, что делает их полезными в твердотельной электронике.

Ссылки:

1. Джанколи, Дуглас К., Физика, 4-е изд., Прентис Холл, (1995).

2. Справочник CRC по химии и физике, 64-е изд.

3. Википедия, Удельное электрическое сопротивление и проводимость.

Индекс

Таблицы

Ссылка
Giancoli

.

myCableEngineering.com> Сопротивление проводника

Сопротивление постоянному току

CENELEC CLC / TR 50480

Постоянный ток. сопротивление кабелей можно оценить в соответствии с техническим отчетом CENELC CLC / TR 50480 «Определение площади поперечного сечения проводов и выбор защитных устройств» от февраля 2011 г.

Для кондуктора:

R = ρ20S

, где R = d.c. сопротивление кабеля Ом · м -1
ρ 20 = удельное электрическое сопротивление материала проводника при 20 ° C, Ом.м
S = площадь поперечного сечения жилы, м 2 [или 1e -6 мм 2 ]

Альтернатива расчету постоянного тока. сопротивление определяется стандартом IEC 60228 «Жила изолированного кабеля». В стандарте есть таблицы максимально допустимого сопротивления для различных медных и алюминиевых кабелей. Для получения дополнительной информации см. IEC 60228 DC Resistance

.

Типичные значения удельного сопротивления можно найти в разделе «Полезные таблицы» базы знаний.

МЭК 60228 и МЭК 60909-2

Стандарт IEC 60228 «Проводники изолированных кабелей» определяет максимально допустимое сопротивление проводов.Значения, приведенные в стандарте IEC 60228, используются на сайте myCableEngineering.com. Для ситуаций и кабелей, не охваченных IEC 60228, значения сопротивления рассчитываются по формулам CENELEC.

Вычисленное выше сопротивление действительно для неэкранированных кабелей. Для экранированных (или любого типа магнитного экрана) кабелей с металлическим экраном, заземленным с обоих концов, сопротивление увеличивается, как указано в IEC 60909-9 «Токи короткого замыкания в трехфазном переменном токе. системы — Часть 2: Данные электрооборудования для расчета тока короткого замыкания »таблица 7.Подробнее см. Импеданс.

Сопротивление переменного тока

Сопротивление проводника переменному току всегда больше, чем сопротивление постоянному току. Основными причинами этого являются «скин-эффект» и «эффект близости», которые более подробно рассматриваются ниже. Расчет переменного тока. сопротивление определяется по формулам, приведенным в IEC 60287 «Электрические кабели — Расчет номинального тока».

Эффекты скин-эффекта и близости учитываются по следующим формулам:

Rac = R [1 + γs + γp]

, где
R ac = сопротивление проводника переменному току
R = сопротивление проводника постоянному току
y s = коэффициент скин-эффекта
y p = эффект близости фактор

Хотя приведенные выше формулы довольно просты, вычисление факторов кожи и эффекта близости немного сложнее, но все же не так уж сложно.

Скин-эффект

По мере увеличения частоты тока электрический ток имеет тенденцию становиться более концентрированным вокруг внешней части проводника. На очень высоких частотах часто используются полые проводники в первую очередь по этой причине. На частотах мощности (обычно 50 или 60 Гц), хотя и менее выражено, изменение сопротивления из-за скин-эффекта все же заметно.

Коэффициент скин-эффекта y s определяется по формуле:

γs =

.

Провода и кабели

Провода, как мы определяем здесь: используется для передачи электричества или электрических сигналов. Провода бывают разных форм и сделаны из разных материалов. Они могут показаться простыми, но инженеры известно о двух важные моменты:

-Электричество в длинных проводах, используемых для передачи, ведет себя совсем иначе , чем в коротких провода, используемые в конструкции устройств
-Использование проводов в цепях переменного тока вызывает всевозможные проблемы , например скин-эффект и эффекты близости.

1. Удельное сопротивление / импеданс
2. Скин-эффект
3. Типы конструкций проводов

4. Подробнее о материалах проводов
5. Изоляция проводов

1.) Поведение электричества в проводах: сопротивление и импеданс


Важно знать, имеете ли вы дело с постоянным или переменным током в данном проводе. Мощность переменного тока имеет очень сложную физику, которая вызывает некоторые странные эффекты. Это была одна из причин, почему Электроэнергия переменного тока была разработана в 1890-х годах, намного позже мощности постоянного тока.Инженеры любят C.P. Штайнмецу пришлось сначала разберитесь с математикой и физикой.

Питание переменного тока:
В сети переменного тока любит путешествовать рядом поверхность проволоки (скин-эффект). Мощность переменного тока в проводе также вызывает вокруг него образуется магнитное поле (индуктивность). Это поле влияет на другие соседние провода (например, в обмотке), вызывающие эффект близости. Со всеми этими свойствами необходимо иметь дело при проектировании цепи переменного тока.

Питание постоянного тока:
In Постоянный ток проходит через весь провод.

Размер проводника и материал (питание переменного и постоянного тока):

Электричество легче передается в местах с высокой проводимостью. элементы, такие как медь, серебро или золото, менее проводящие Чем больше диаметр материала, тем больше должен быть диаметр, чтобы выдерживать ту же токовую нагрузку.

Инженеры выбирают правильно диаметр проволоки для работы, повышение тока в проволоке увеличивает удельное сопротивление и выделяет больше тепла.Как вы увидите на схеме ниже, медь может выдерживать больше тока, чем алюминий, при той же нагрузке.

Внизу: Когда сэр Хамфри Дэви пропустил большой ток через тонкий платиновый провод в 1802 году, он светился и сделал первую лампу накаливания! но всего через несколько секунд проволока расплавилась и испарилась из-за тепло, вызванное сопротивлением в проводе.


Качество материала: примеси и кристаллы:

Большинство материалов содержат примеси. В меди содержание кислорода и других материалов в меди влияет на проводимость, поэтому медь, из которой будет сделан электрический провод, легируется по-другому чем медь, которая скоро станет водопроводом.

Металлы кристаллические (как вы увидите в нашем видео о меди).Монокристаллическая медь или алюминий лучше проводимость, чем у поликристаллических металлов, однако крупнокристаллическая медь очень дорого обходится производят и используются только в высокопроизводительных приложениях.

Удельное сопротивление:

Сопротивление в проводе описывает возбуждение электронов в проводе. материал проводника. Это возбуждение приводит к выделению тепла и потере эффективности. На раннем этапе создания постоянного тока Томас Эдисон не мог послать свою энергию на большие расстояния без использования медные провода большого диаметра за счет сопротивления на расстоянии.Это сделало мощность постоянного тока не рентабельно и допускает рост мощности переменного тока.

Измерительные инструменты:
Инженеры используют закон Ома чтобы рассчитать, какое сопротивление будет иметь данный провод. Это говорит нам, сколько энергии мы потеряет на расстоянии.

I = V / R А = Вольт, деленное на сопротивление

Формулы сопротивления и проводимости:

Сопротивление = удельное сопротивление / площадь поперечного сечения
Проводимость = 1 / Сопротивление

Когда сопротивление хорошее:
Создание тепла в проволоке обычно является признаком потери энергии, однако вольфрамовый или танталовой проволоки, тепло заставляет проволоку светиться и производить свет, который может быть желательным.Вольфрам используется для изготовления нитей потому что он имеет очень высокую температуру плавления. Проволока может сильно нагреться и ярко светятся, не таять. Вольфрам очень плох для передачи энергии поскольку большая часть пропускаемой энергии теряется в виде тепла и света.

По мощности передача мы ищем как можно более низкое удельное сопротивление, мы хотим для передачи энергии на большие расстояния без потери энергии из-за тепла. Мы измеряем сопротивление в проводе в Ом на 1000 футов или метров. Чем дольше электричество должно пройти, тем больше энергии оно теряет.

Сверхпроводящий провод и сопротивление:

Вверху: сверхпроводящий проволоку можно превратить в металлическую «ленту»


Вверху: Карл Роснер, Марк Бенц и другие использовали специальные катушки сверхпроводящего провода для производства всего мира первый магнит на 10 тесла.Вместо меди используются ниобий и олово поскольку материалы работают по-разному при разных температурах.

Одно из отличных решений для передачи энергии — это сверхпроводники. Когда металл становится очень холодным (приближается к абсолютному нулю), он приобретает проводимость бесконечности. В какой-то момент сопротивления вообще нет. Были экспериментальные сверхпроводящие линии высокого напряжения, которые смогли передавать мощность практически без потерь, однако технология недостаточно развит, чтобы быть рентабельным.

Магнитные поля (индуктивность и импеданс):

Каждый провод, используемый для передачи переменного тока, создает магнитное поле, по которому течет ток. В магнитное поле визуализируется концентрическими кольцами вокруг поперечного сечения провода, каждое кольцо ближе к проводу имеет более прочный магнитная сила. Магнитные поля полезны для создания очень сильных магнитов (когда они находятся в катушке) i.е. изготовление двигателей и генераторы, однако эти магнитные поля нежелательны в линиях электропередачи.

Хотя удельное сопротивление провода может препятствовать прохождению тока и выделять тепло, индуктивность провод / линия передачи также могут препятствовать прохождению тока, но это сопротивление не выделяет тепла, так как энергия «теряется» при создании магнитного поля, а чем возбуждение электронов в материале. Этот импеданс называется реактивным сопротивлением переменного тока. Схемы.Мы использовали слово «потерянный», однако сила на самом деле не потеряна, она используется для создания магнитного поля. поле и возвращается, когда магнитное поле схлопывается.

2.) Кожный эффект:


В сети переменного тока электроны любят течь по вне провода. Это потому, что изменение тока вперед и назад вызывает вихревые токи, которые приводят к вытеснению тока к поверхности.

Глубина кожи

Глубина скин-слоя — это фиксированное число для данной частоты, удельного сопротивления и диэлектрической проницаемости.Чем выше частота переменного тока в системе, тем больше сжатый ток на внешней стороне провода, поэтому провод, который используется с частотой 60 Гц при заданном напряжении, будет не будет нормально на 200 МГц. Инженеры всегда должны При проектировании цепей учитывайте скин-эффект. Увидеть сайт Википедии для формула, используемая для расчета глубины скин-слоя.

Вверху: инженеры преодолевают скин-эффект с помощью изолированного многожильного провода. Если вы сделаете отдельные пряди равными одной толщине скин-слоя, большая часть тока будет протекать по всей поперечное сечение, и вы используете всю медь. Обратной стороной является то, что ваш провод должен иметь больший диаметр, так как вам нужно все дополнительное пространство для изоляции. Поскольку жилы проволоки становятся меньше в диаметре, а изоляция остается той же толщины, соотношение площади меди к изоляции может стать меньше единицы, тогда у вас будет больше изоляции, чем медь в обмотке или кабеле.

Ниже: более высокая частота переменного тока = меньшая глубина скин-слоя. «Более быстрый» ток чередуется вперед и назад тем больше вихревых токов он создает. Эта высокая частота блок питания работает в диапазоне МГц, обратите внимание на специальный провод, используемый на право. Провод кажется многожильным и оголенным, но это не так, он имеет прозрачное эмалевое покрытие, изолирующее его, поэтому каждая небольшая жилка несет свою часть тока, при этом ток идет снаружи каждой пряди.Это дает больше площади в целом и позволяет большое количество тока для прохождения.


Вверху: Компактный люминесцентный легкая электроника, трансформатор очень маленький и спроектирован очень дешево. Эти детали часто выходят из строя до окончания типичного жизненный цикл агрегата »

Инженеры и затраты Сберегательный дизайн:

Инженеры используют математику чтобы вычислить «глубину скин-слоя», чтобы узнать, сколько проволоки используется для проведения электричества.Это важная часть инженеров-электриков работают над проектированием энергосистем. Эта работа также связана с экономией средств, как могут понять инженеры какой калибр и какой тип провода использовать и сравнить с другие материалы и конфигурации. Старый электрический двигатели и генераторы из начало 20 века длилось долго, потому что в то время инженеры могли спроектировать обмотки и тип провода для лучшей производительности, так как затраты на оборудование и машины были выше.Сегодня многие двигатели перегорают, потому что инженеры вынуждены использовать самый дешевый вариант — наименьшее количество материала который может выдерживать ток, однако, когда двигатель начинает при перегреве более тонкие провода из более дешевого материала быстрее сгорят. Балласты (трансформаторы) в современных системах освещения имеют общеизвестную короткий срок службы в попытке снизить стоимость единицы продукции.

Практическое упражнение: Как затраты влияют на дизайн

Вы можете увидеть и почувствуйте работу инженеров по проектированию проводов вокруг вашего дома.Просто найдите старые блоки питания или профессиональные блоки питания используется с дорогостоящими станками или инструментами. Почувствуйте вес этих стеновые материалы или блоки питания. Теперь найдите детскую игрушку или мобильный телефон зарядное устройство. Почувствуйте, насколько легкими кажутся трансформаторы в сравнении.
Если вам повезет, вы можете найти два трансформатора, преобразующие мощность от стены (120 или 220 В) на такое же напряжение постоянного тока для устройства. Если открыть корпус, можно увидеть разницу в размере калибра обмоток, а также от того, используют ли они медь или алюминий.Вы четко увидите, как влияет на дизайн общий предмет.


3.) Типы провода:


Ниже: Типы провода, используемого коммунальными предприятиями при передаче электроэнергии:

Ниже: фиксированная проводка, используемая в домах, а также шнуры, используемые в динамиках, бытовая техника и телефонные системы.На рисунке ниже показаны старые провода, которые когда-то использовались в домах (кабель SJTWA и тип SE), и современные стандартный ромекс.

ЭЛЕКТРОПРОВОДКА 1880-х годов по сегодняшний день:

Вверху: 3 проводника подземный медный провод (сейчас редко)

Внизу: плоская лента провод, используемый в сверхпроводящих магнитах

Лучший провод для вакансия:

Все инженеры-электрики должны знать о проводах и думать об использовании правильного дизайна и материал для поставленной задачи.Вот факторы для определения конструкция проволоки:

-Прочность (способность многократно сгибаться или сдавливаться веса)
-Volta

.

Вам может понравится

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о