Показатели алюминия и его сплавов несколько хуже по проводимости, зато алюминий дешевле как по стоимости, так и в производстве, а провода имеют сравнительно меньшую массу (сравните плотность алюминия — 2,6989 г/см³ и меди — 8,92 г/см³). Поэтому алюминиевые проводники используют на длинных магистралях, которые к тому же подняты на большую высоту посредством специальных опор и системы изоляторов.
Проволоку из стальных сплавов или латуни используют для повышения жесткости и прочности длинных трасс, чтобы исключить обрывы проводов при повышенных нагрузках, создаваемых порывами мощного ветра, наносами снега и т. д.
Выбор токопроводящих жил по площади поперечного сечения
Для проведения электротехнических расчетов при проектировании систем электроснабжения используют стандартное оборудование, которое удобно выбирать из таблиц.
Жилы проводов и кабелей изготавливают с калиброванной площадью поперечного сечения. Например, для средств связи и телефонных линий диаметр круглого сечения одной проволоки может быть 1,2; 0,9; 0,7; 0,64; 0,5; 0,4; 0,32 мм², а у многопроволочной жилы — от 0,52 до 0,1 мм².
Для промышленных целей выпускают провода и кабели с жилами 1,5; 2,5; 4; 6 мм² и другими стандартизированными площадями сечений, а самые распространенные в быту площади сечения 0,75; 1,5; 2,5; 4 мм².
Одножильный провод — это провод, для которого справедливо условие, что на расстоянии менее 5 диаметров провода нет других проводов.
Многожильный провод — это свитые вместе одножильные проводники. При эксплуатации такого провода возникает более тяжелый тепловой режим, поэтому максимальный ток для двужильного провода должен быть меньше.
И чем больше проводов в пучке, тем меньше должен быть максимальный ток из-за возможного взаимного нагрева.
Что делать, если вы не знаете значение площади сечения провода? В этом случае нужно измерить диаметр провода и вычислить площадь сечения по формуле:
S = πR2 = πD2/4
где S — площадь сечения провода, мм², π — 3,14; R — радиус токопроводящей жилы, мм; D — диаметр токопроводящей жилы провода, мм.
Либо с учетом того, что π/4 = 0,7854, получаем формулу:
S = 0,7854D²
Для вычисления сечения многожильного провода нужно вычислить сечение одной жилы, а результат умножить на число жил.
Допустимая нагрузка, создаваемая мощностями, проходящими по жилам кабеля, зависит от марки металла, площади его сечения и условий эксплуатации, обеспечивающих баланс между нагревом провода и отводом тепла в окружающую среду.
По виду протекающей по кабелю нагрузки их классифицируют следующим образом:
• силовые кабели, передающие электрическую энергию высоких мощностей;
• контрольные, работающие в цепях измерения, защитной и коммутационной автоматики;
• управления, используемые для коммутации автоматических устройств;
• связи и телекоммуникаций;
• другого назначения.
Как выбрать сечение проводника на практике, указано в разделе «Как подобрать кабель и провод для домашней проводки».
Способы предотвращения токов утечки
Движение электрических зарядов (ток) возможно в замкнутой цепи по изолированным проводникам. Если цепь разомкнуть, то ток прекращается.
Когда нарушается диэлектрический слой (то есть целостность изоляции), то часть тока, в зависимости от создавшегося сопротивления перехода, начинает стекать через место повреждения и может возникнуть короткое замыкание. Результат — бесполезная потеря энергии.
Чтобы исключить подобные случаи, оголенные металлические провода на воздушных линиях (ВЛ) отделяют друг от друга воздушным зазором. Воздух, как известно, надежный диэлектрик.
В кабелях токопроводящие жилы располагают максимально близко друг к другу, а предотвращение токов утечки и коротких замыканий происходит за счет слоя органической или пластиковой изоляции, покрывающей поверхности металлической проволоки. Ее диэлектрические свойства рассчитаны на то, чтобы надежно выдерживать определенный уровень напряжения. Если его допустимая величина будет превышена, то вполне возможен электрический пробой слоя изоляции и протекание тока утечки через место образовавшегося дефекта.
Эта особенность конструкций кабелей и проводов диктует необходимость их применения в строгом соответствии с границами напряжений, на которое рассчитана изоляция. Другими словами, телефонный кабель с медными жилами, например, 1 мм² нельзя использовать для слаботочных цепей управления 380 В или 220 В даже в том случае, когда создан большой запас по токам нагрузки. Иначе повышенное напряжение просто пробьет слой изоляции.