Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Виды соединения проводников: Последовательное и параллельное соединение проводников — урок. Физика, 8 класс.

Содержание

Виды соединения проводников — презентация онлайн

1. Обобщающий урок

«Виды соединения
проводников»
11 – б класс

2. Люди науки

О каком ученом идет речь?
• 1 подсказка: французкий
физик и математик.
• 2 подсказка: ввел в
физику понятие
“электрический ток”.
• 3 подсказка: его именем
назван прибор для
измерения силы тока и
единица силы тока.
Ответ: ?
О каком ученом идет речь?
• 1 подсказка: немецкий
физик.
• 2 подсказка: открыл
теоретически и подтвердил
на опыте закон, который
показывает связь между
силой тока в цепи,
напряжением и
сопротивлением.
Ответ: ?
О каком ученом идет речь?
• 1 подсказка:
он открыл один из
важнейших законов
электрики в 1785 году,
используя для этого
крутильные весы.
Ответ: ?
О каком ученом идет речь?
• 1 подсказка:
итальянский физик.
• 2 подсказка: Один из
основателей учения о
электрическом токе.

• 3 подсказка: Создал
первый гальванический
элемент.
Ответ: ?
Установи соответствие
1. U
2. R
а) заряд
б)удельное сопротивление
1. U
а) А
2. R
б) м
в) В
3. S
в) напряжение
3. S
4. p
г) длина проводника
4. p
г) Ом
5. l
д) сопротивление
5. l
д) мм²
6. I
е) площадь сечения
6. I
е) Кл
7. q
ж) сила тока
7. q
ж) Н·м²/Кл²
Составь логическую
цепочку
1 вариант
2 вариант
1. 2 мОм
1. 3 А
2. 2 Мом
2. 3 мкА
3. 2 Ом
3. 3 кА
4. 2 кОм
4. 3 МА
1. За направление тока
принимают направление
движения :
С) положительно заряженных частиц;
О) отрицательно заряженных частиц;
Е) произвольное движение частиц в проводнике;
Г) другой вариант ответа.
2. Как будет гореть лампа, если
сила тока будет меньше, чем
указано на цоколе?
а) ярче;
б) тускнее;
в) будет мигать;
г) не будет гореть
вообще.
3. Определите силу тока в
электрической лампе, через
которую за 10 минут проходит
заряд 300 Кл.
а) 0,3 А
б) 30 А
в) 0,5 А
г) 2 А
4. По какой формуле можно
определить электрическое
напряжение?
А
___
I
б)
А
q
___
в)
А xq
г)
q
I
___
а)
5. Какой из данных графиков
соответствует проводнику,
сопротивление которого
наименьшее?
а) 1
б) 2
в) сопротивления
равны.
1
I, А
2
0
U ,В
6. Как изменится
сопротивление электрической
цепи, если ползунок реостата
переместить вправо?
а) увеличится;
б) уменьшится;
в) не изменится;
г) увеличится, а потом
уменьшится.
А
7. Напряжение на концах
проводника уменьшили втрое.
Как изменилась сила тока в
проводнике?
а) не изменилась;
б) увеличилась в 3 раза;
в) уменьшилась в 3 раза;
г) уменьшилась в 1,5 раза.
Последовательное соединение
проводников
Параллельное соединение
проводников
Чому равно сопротивление между точками А и В
участка цепи
4 Ом
1 Ом
А
5 Ом
В
4 Ом
1. 14 Ом
2. 8 Ом
3. 7 Ом
4. 6 Ом
Найдите показания амперметра, если І=10А
I
r
r
r
r
r
А
Расчет электрической цепи
R1
R1=R2=R3=1 Ом
R4=R5=R6=1 Ом
R7=4 Ом
R8=3 Ом
R9=4 Ом
U=60В
Все U и І — ?
R7
R4
R2
R8
R5
R3
R9
R6
• К источнику тока с ЭДС 12 В присоединено две
лампочки . Сопротивления участков цепи и
внутреннее сопротивление источника тока
r = 1,5 Ом. Сопротивление лампочек R =36 Ом.
Определите напряжение на каждой лампочке.
Домашнее задание
• Самостоятельно придумать электрическую
схему, которая состоит из нескольких
сопротивлений, соединенных разными
способами. Найти распределение токов и
напряжений, выбрав значение сопротивлений
и общее напряжение самостоятельно.

Последовательное и параллельное соединение

В данной статье речь пойдет о последовательном и параллельном соединении проводников. На примерах будут рассмотрены данные соединения и как при таких соединениях будут изменяться такие величины как:

  • ток;
  • напряжение;
  • сопротивление.

В таблице 1.8 [Л2, с.24] приведены схемы и формулы по определению сопротивлений, токов и напряжений при параллельном и последовательном соединении.

Последовательное соединение

Последовательным соединением называются те участки цепи, по которым всегда проходят одинаковые токи.

При последовательном соединении:

  • сила тока во всех проводниках одинакова;
  • напряжение на всём соединении равно сумме напряжений на отдельных проводниках;
  • сопротивление всего соединения равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Пример 1

Последовательно подключены две лампы накаливания одинаковой мощности Рл1=Рл2=100 Вт к сети с напряжением Uн=220В. Сопротивление нити в лампах составляет Rл1=Rл2=122 Ом. Номинальное напряжение для ламп равно 220 B. На рис.1 показано последовательное включение ламп.

Решение

Составляем схему замещения, выражая каждую из входящих элементов цепи (в данном случае лампы накаливания) в виде сопротивлений.

1. Определяем ток протекающей по участкам цепи:

Iн = Uн/Rл1+ Rл2 = 220/122+122 = 0,9 A

2. Определяем напряжение на каждой из ламп накаливания, так как мощность ламп у нас одинаковая, то и напряжение для каждой из ламп будет одинаково:

Uл1=Uл2 = Iн*R = 0,9*122 = 110 B

Как мы видим напряжение источника (в данном примере 220 В) разделиться поровну, между обоими последовательно включенными лампами. При этом лампы будут ели светит, их накал будет неполным.

Для того чтобы лампы горели с полным накалом, нужно увеличить напряжение источника с 220В до 440В, при этом на каждой из ламп установиться номинальное (рабочее) напряжение равное 220В.

Пример 2

Последовательно подключены две лампы накаливания мощность Рл1 = 100 Вт и Рл2 = 75 Вт к сети с напряжением Uн=220В. Сопротивление нити в лампах составляют Rл1= 122 Ом для стоваттной лампы и Rл2= 153 Ом для семидесяти пяти ватной лампы.

Решение

1. Определяем ток протекающей по участкам цепи:

Iн = Uн/Rл1+ Rл2 = 220/122+153 = 0,8 A

2. Определяем напряжение на каждой из ламп накаливания:

Uл1= Iн*Rл1 = 0,8*122 = 98 B
Uл2= Iн*Rл2 = 0,8*153 = 122 B

Исходя из результатов расчетов, более мощная лампа 100 Вт получает при этом меньшее напряжение. Но ток в двух последовательно включенных даже разных лампах остается одинаковым. Например, если одна из ламп перегорит (порвется ее нить накаливания), погаснут обе лампы.

Данное соединение лампочек, например, используется в трамвайном вагоне для освещения салона.

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором начала всех проводников присоединяются к одной точке цепи, а их концы к другой.

Точки цепи, к которым сходится несколько проводов, называют узлами. Участки цепи, соединяющие между собой узлы, называют ветвями.

При параллельном соединении:

  • напряжение на всех проводниках одинаково;
  • сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках;
  • величина, обратная сопротивлению всего соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников.

Пример 3

Определить токи и напряжения всех участков цепи (рис.5), если известно:

  • Номинальное напряжение сети Uн = 220В;
  • Сопротивление нити в лампах HL1 и HL2 составляют Rл1 = Rл2 = 122 Ом.
  • Сопротивление нити в лампе HL3 составляют Rл3 = 153 Ом.

Решение

Составляем схему замещения для схемы, представленной на рис.5.

1. Определяем проводимость всей цепи [Л1, с.47] и согласно таблицы 1.8:

2. Определяем сопротивление всей цепи [Л1, с.47]:

3.

Определяем силу тока цепи по закону Ома:

4. Определяем токи для каждой цепи [Л1, с.47]:

5. Выполним проверку, согласно которой, сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках:

Iл1+ Iл2+ Iл3=Iобщ.=1,8+1,8+1,44=5,04=5,04 (условие выполняется)

Смешанное соединение

Смешанным соединением – называется последовательно-параллельное соединение сопротивлений или участков цепи.

Пример 4

Определить токи и напряжения всех участков цепи (рис.7), если известно:

  • Номинальное напряжение сети Uн = 220В;
  • Сопротивление нити в лампах HL1, HL2, HL3 составляют Rл1 = Rл2 = Rл3 = 122 Ом.
  • Сопротивление нити в лампе HL4 составляют Rл4 = 153 Ом.
  • Результаты расчетов для участка цепи ВС (параллельное соединение проводников) применим из примера 3:
    Сопротивление цепи ВС составляет Rвс = 43,668 Ом.

Решение

Составляем схему замещения для схемы, представленной на рис. 7.

1. Определяем сопротивление всей цепи:

Rобщ = Rав+Rвс = Rл1+Rвс = 122+43,688 = 165,688 Ом

2. Определяем силу тока цепи, согласно закона Ома:

3. Определяем напряжение на первом сопротивлении:

Uав=Uл1= Iобщ*Rл1 = 1,33*122 = 162 B

4. Определяем напряжение на участке ВС:

Uвс= Iобщ*Rвс = 1,33*43,688 = 58,1 B

5. Определяем токи для каждой цепи участка ВС:

6. Выполним проверку для участка цепи ВС:

Iл2+ Iл3+ Iл4= Iобщ.=0,48+0,48+0,38=1,33=1,33 (условие выполняется)

Литература:

  1. Общая электротехника с основами электроники, В.С. Попов, 1972 г.
  2. Справочная книга электрика. В.И. Григорьева. 2004 г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Соединение проводов. Все виды и способы | ENARGYS.RU

Качественное электроснабжение и подача напряжения, устойчивое и бесперебойная работа электрооборудования во многом зависит от соединения электрических проводов. От сечения провода и от качества соединения зависит величина тока нагрузки потребителя. Например, если выполнено соединение двух разных по диаметру проводов:2 и 1,6 мм2 ток нагрузки ( Iмакс ) будет соответствовать для провода меньшего диаметра 1,6 мм2 – 10А. Надежное соединение проводов в распределительной коробке гарантирует качественную работу электрической схемы в жилом помещении.

Виды соединения проводов

  1. Скрутка.
  2. Пайка.
  3. Резьбовое соединение.
  4. Соединение клеммами.
  5. Соединение при помощи клеммной колодки.
  6. Опрессовывание.
  7. Использование заклепочника.
  8. Сварка жил.
  9. Бандажирование проводников.
  10. Прокалывание проводников.

Скрутка проводов

Это соединение входит в самые наиболее употребляемые и признанные ошибочными виды соединений электрических проводов.

Недостаток скрутки: появление зазора из-за перепадов температур, появляющихся во время линейного увеличения металла проводников в результате протекания тока нагрузки большой величины. В результате этого происходит окисление жил, и наблюдается ослабление контакта. Тоже касается и соединения медного и алюминиевого проводов.

Скрутка, согласно последним требованиям ПУЭ, для монтажа запрещается, но рекомендуется к использованию для низкоточных линий для конкретного соединения медных проводов или только алюминиевых.

Существует несколько рекомендаций для выполнения скрутки.

В первую очередь недопустимо соединение медного и алюминиевого провода, в этом случае медный проводник должен быть облужен припоем, в том случае если соединяется многожильный и одножильный провода, многожильный проводник также подвергается лужению.

В том случае если необходимо соединить два одножильных провода в случае облома провода, проводник разделяется на две жилы. Жилы разрезается и режутся на расстоянии друг от друга, для того чтобы места крутки не контактировали друг с другом, достаточно 2 – 5 витков, которые желательно пропаять. Изолировать скрутку можно при помощи кембрика, или даже без изоляции отдельных проводников, вообще, достаточно закрепить по длине скрутки полоски изоляции. После этого скрутка изолируется споем изоляции или термоусадкой количество витков изоляции согласно требованиям ПУЭ не менее 3.

Пайка проводов

Этот вид не рекомендуется для соединении проводников, в случае если, возможно появление нагрева соединения при прохождении большого тока нагрузки, это требование закреплено в ГОСТ Р 50571.5.52-2011 и ПУЭ. В том случае, когда пайка все-таки необходима, на место пайки надевается специальный защитный колпачок с резьбой.

Рис №1. Пайка проводов.

Резьбовое соединение проводников

Соединение под болт, допускает соединение проводов из разноименного металла. Винты рекомендуется постоянно подтягивать, из-за происходящего с течением времени ослаблением контакта вследствие перепада температур, при повышенной токовой нагрузке. Для предотвращения ослабления используется гровер, он выбирает появляющийся зазор и способствует надежности контактного соединения. Резьбовое соединение с помощью винта громоздкое и занимает много места.

Рис №2. Резьбовое соединение под болт.

Соединение клеммами

Наиболее широко используется этот вид соединения в бытовой технике, а также в электропроводке автомобиля. Соединение отличается надежностью, хотя из-за перепадов температур в результате добавления нагрузки или частого разделения соединения происходит облом провода или отгорание клеммы. Замена происходит после опрессовки при помощи подручного инструмента и припаивания места соединения проводов с клеммой.

Рис №3. Соединение при помощи клемм.

Соединение при помощи клеммной колодки

В том случае если в сети используются небольшие токи нагрузки, например, в цепях РЗА или люминесцентного или другого энергосберегающего освещения. Распространено два вида клемных колодок

  1. Клеммная колодка с использованием болтового зажима.
  2. Плоскопружинный зажим Wago, этот зажим относится к современным, но дорогостоящим соединительным элементам. Он рассчитан на ток до 25А, хотя в условиях российской действительности его лучше использовать для сетей с нагрузкой не более 10А.

Рис №4. Соединение проводников с помощью пружинных клемм Wago.

Неразъемное соединение проводов

В неразъемные способы соединения проводов входят:

  1. Опресовка.
  2. Заклепка.
  3. Сварка.
  4. Бандажирование.
  5. Сжим.
  6. Прокалывание.

Опрессовка

Соединение выполняется за счет использования медной или алюминиевой гильзы, которая одевается на соединенные жилы, впоследствии продавливаемые пресс-клещами. Для опресовки можно использовать также (в зависимости от диаметра провода) обычные пассатижи, или молоток с зубилом, хотя клещи все-таки предпочтительнее ввиду большей надежности. Опрессовку можно выполнить также с помощью защитного колпачка с резьбой, он, одновременно, выполняет функцию изолирующего элемента.

В случае использования проводников большого сечения используют специальные гидравлические пресс-клещи с использованием пуансона и матрицы.

Рис № 5. Гидравлические пресс-клещи.

Заклепочное соединение проводов

Соединение производится при помощи заклепки и пружинной (гравера) и плоской шайб. Гровер разделяет проводники из алюминия и меди, она также не дает ослабнуть контакту, плоская шайба одевается снаружи, кольца проводников и разделительные шайбы надеты на стальной стержень, который вставляется в заклепочник.

Рис №6. Заклепочное соединение проводников.

Сварка проводов

Сварочное соединение осуществляется двумя способами с помощью термитной и дуговой сварки. В случае дуговой сварки используется инверторный аппарат. Сварка выполняется при помощи плавящегося электрода, к примеру, АНО.

Рис № 7. Термитная сварка проводов.

Термитная сварка используется при помощи термита – смеси порошков алюминия, магния, кальция и титана. Часто используется для работы на высоте при соединении алюминиевых проводов высоковольтных линий электропередач, отличается надежностью, удобством и быстротой соединения, не нужно использовать соединительные болтовые плашки. Очень удобно в условиях низких температур и неблагоприятных погодных условий.

Бандажирование проводников

Выполняется при соединении, как одноименных проводников, так и для соединения разноименных, а также одножильных и многожильных проводников. Жилы со снятой изоляции складываются друг с другом, затем поверх них, захватывая область рядом с соединением, производится намотка мягкой оцинкованной проволоки, которая проводит электроток.

Соединение проводов сжимом и прокалыванием

Этот вид соединения используется для создания ответвления от основной воздушной или кабельной линии электропередач без отключения напряжения. Если еще несколько лет назад, для подключения потребителей необходимо было отключить линию электропередач и выполнить скрутку, в настоящее время для электросети 0,4 кВ, достаточно использовать специальное устройство (сжим), наиболее популярен так называемый «орех». Для сжима нужно произвести зачистку изоляции, что опасно и для жизни и для чего желательно отключить сеть.

Рис №8. Сжим «орех».

Рис № 9. Конструкция прокалывающего зажима ОЗПИ.

Соединение прокалыванием, отличается герметичностью, не требует отключения и зачистки изоляции. Зажимные пластины имеют в своей конструкции зубцы, прокалывающие изоляцию и обеспечивающие надежное соединение. Затяжка регулируется шестигранником. Соединение – неразборное и одноразовое, рекомендуется для проводов СИП.

урок №41/19

Ершова М. Л. 2010-2011 г.

урок №41/19

Виды соединения проводников.

Длительность

ресурса (мин)

Методические рекомендации и заметки
к уроку

Флеш- презентация Последовательное соединение проводников.

Флеш- презентация Параллельное соединение проводников.

Анимация «Последовательное соединение проводников».

Определение «Сила тока при параллельном соединении».

7 мин

 

7 мин

 

4 мин

 

3 мин

Эти ресурсы ЦОР, могут использоваться учителем для  объяснения нового материала и  закрепления полученных знаний .
допол-

нительно

Соединения проводников Необходимо провести испытания и разгадать схему соединений одинаковых резисторов («черный ящик»).

Видеоролик — анимация «Параллельное подключение потребителей тока» Иллюстрированный и озвученный рассказ о подключении потребителей к электрической цепи и опасности перегрузки цепи.

Тест  «Последовательное соединение проводников»

10 мин

 

3 мин

 

7 мин

Ресурсы этого раздела могут использоваться учителем и  учащимся для более углубленного  закрепления данной темы.

домашнее задание

Интерактивная задача «Параметры цепи с последовательным соединением резисторов»

Для отработки умения находить силу тока, напряжение и сопротивления в цепи с последовательным соединением.

Тест «Параллельное соединение проводников»

10 мин

7 мин

В этом разделе находятся ресурсы, которые рекомендуется использовать и выполнить учащимся самостоятельно при подготовке домашнего задания.

Последовательное соединение проводников определение. Чем отличается последовательное соединение от параллельного

Содержание:

Течение тока в электрической цепи осуществляется по проводникам, в направлении от источника к потребителям. В большинстве подобных схем используются медные провода и электрические приемники в заданном количестве, обладающие различным сопротивлением. В зависимости выполняемых задач, в электрических цепях используется последовательное и параллельное соединение проводников. В некоторых случаях могут быть применены оба типа соединений, тогда этот вариант будет называться смешанным. Каждая схема имеет свои особенности и отличия, поэтому их нужно обязательно заранее учитывать при проектировании цепей, ремонте и обслуживании электрооборудования.

Последовательное соединение проводников

В электротехнике большое значение имеет последовательное и параллельное соединение проводников в электрической цепи. Среди них часто используется схема последовательного соединения проводников предполагающая такое же соединение потребителей. В этом случае включение в цепь выполняется друг за другом в порядке очередности. То есть, начало одного потребителя соединяется с концом другого при помощи проводов, без каких-либо ответвлений.

Свойства такой электрической цепи можно рассмотреть на примере участков цепи с двумя нагрузками. Силу тока, напряжение и сопротивление на каждом из них следует обозначить соответственно, как I1, U1, R1 и I2, U2, R2. В результате, получились соотношения, выражающие зависимость между величинами следующим образом: I = I1 = I2, U = U1 + U2, R = R1 + R2. Полученные данные подтверждаются практическим путем с помощью проведения измерений амперметром и вольтметром соответствующих участков.

Таким образом, последовательное соединение проводников отличается следующими индивидуальными особенностями:

  • Сила тока на всех участках цепи будет одинаковой.
  • Общее напряжение цепи составляет сумму напряжений на каждом участке.
  • Общее сопротивление включает в себя сопротивления каждого отдельного проводника.

Данные соотношения подходят для любого количества проводников, соединенных последовательно. Значение общего сопротивления всегда выше, чем сопротивление любого отдельно взятого проводника. Это связано с увеличением их общей длины при последовательном соединении, что приводит и к росту сопротивления.

Если соединить последовательно одинаковые элементы в количестве n, то получится R = n х R1, где R — общее сопротивление, R1 — сопротивление одного элемента, а n — количество элементов. Напряжение U, наоборот, делится на равные части, каждая из которых в n раз меньше общего значения. Например, если в сеть с напряжением 220 вольт последовательно включаются 10 ламп одинаковой мощности, то напряжение в любой из них составит: U1 = U/10 = 22 вольта.

Проводники, соединенные последовательно, имеют характерную отличительную особенность. Если во время работы отказал хотя-бы один из них, то течение тока прекращается во всей цепи. Наиболее ярким примером является , когда одна перегоревшая лампочка в последовательной цепи, приводит к выходу из строя всей системы. Для установления перегоревшей лампочки понадобится проверка всей гирлянды.

Параллельное соединение проводников

В электрических сетях проводники могут соединяться различными способами: последовательно, параллельно и комбинированно. Среди них параллельное соединение это такой вариант, когда проводники в начальных и конечных точках соединяются между собой. Таким образом, начала и концы нагрузок соединяются вместе, а сами нагрузки располагаются параллельно относительно друг друга. В электрической цепи могут содержаться два, три и более проводников, соединенных параллельно.

Если рассматривать последовательное и параллельное соединение, сила тока в последнем варианте может быть исследована с помощью следующей схемы. Берутся две лампы накаливания, обладающие одинаковым сопротивлением и соединенные параллельно. Для контроля к каждой лампочке подключается собственный . Кроме того, используется еще один амперметр, контролирующий общую силу тока в цепи. Проверочная схема дополняется источником питания и ключом.

После замыкания ключа нужно контролировать показания измерительных приборов. Амперметр на лампе № 1 покажет силу тока I1, а на лампе № 2 — силу тока I2. Общий амперметр показывает значение силы тока, равное сумме токов отдельно взятых, параллельно соединенных цепей: I = I1 + I2. В отличие от последовательного соединения, при перегорании одной из лампочек, другая будет нормально функционировать. Поэтому в домашних электрических сетях используется параллельное подключение приборов.

С помощью такой же схемы можно установить значение эквивалентного сопротивления. С этой целью в электрическую цепь добавляется вольтметр. Это позволяет измерить напряжение при параллельном соединении, сила тока при этом остается такой же. Здесь также имеются точки пересечения проводников, соединяющих обе лампы.

В результате измерений общее напряжение при параллельном соединении составит: U = U1 = U2. После этого можно рассчитать эквивалентное сопротивление, условно заменяющее все элементы, находящиеся в данной цепи. При параллельном соединении, в соответствии с законом Ома I = U/R, получается следующая формула: U/R = U1/R1 + U2/R2, в которой R является эквивалентным сопротивлением, R1 и R2 — сопротивления обеих лампочек, U = U1 = U2 — значение напряжения, показываемое вольтметром.

Следует учитывать и тот фактор, что токи в каждой цепи, в сумме составляют общую силу тока всей цепи. В окончательном виде формула, отражающая эквивалентное сопротивление будет выглядеть следующим образом: 1/R = 1/R1 + 1/R2. При увеличении количества элементов в таких цепях — увеличивается и число слагаемых в формуле. Различие в основных параметрах отличают друг от друга и источников тока, позволяя использовать их в различных электрических схемах.

Параллельное соединение проводников характеризуется достаточно малым значением эквивалентного сопротивления, поэтому сила тока будет сравнительно высокой. Данный фактор следует учитывать, когда в розетки включается большое количество электроприборов. В этом случае сила тока значительно возрастает, приводя к перегреву кабельных линий и последующим возгораниям.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Данные законы, касающиеся обоих видов соединений проводников, частично уже были рассмотрены ранее.

Для более четкого их понимания и восприятия в практической плоскости, последовательное и параллельное соединение проводников, формулы следует рассматривать в определенной последовательности:

  • Последовательное соединение предполагает одинаковую силу тока в каждом проводнике: I = I1 = I2.
  • параллельное и последовательное соединение проводников объясняет в каждом случае по-своему. Например, при последовательном соединении, напряжения на всех проводниках будут равны между собой: U1 = IR1, U2 = IR2. Кроме того, при последовательном соединении напряжение составляет сумму напряжений каждого проводника: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
  • Полное сопротивление цепи при последовательном соединении состоит из суммы сопротивлений всех отдельно взятых проводников, независимо от их количества.
  • При параллельном соединении напряжение всей цепи равно напряжению на каждом из проводников: U1 = U2 = U.
  • Общая сила тока, измеренная во всей цепи, равна сумме токов, протекающих по всем проводникам, соединенных параллельно между собой: I = I1 + I2.

Для того чтобы более эффективно проектировать электрические сети, нужно хорошо знать последовательное и параллельное соединение проводников и его законы, находя им наиболее рациональное практическое применение.

Смешанное соединение проводников

В электрических сетях как правило используется последовательное параллельное и смешанное соединение проводников, предназначенное для конкретных условий эксплуатации. Однако чаще всего предпочтение отдается третьему варианту, представляющему собой совокупность комбинаций, состоящих из различных типов соединений.

В таких смешанных схемах активно применяется последовательное и параллельное соединение проводников, плюсы и минусы которых обязательно учитываются при проектировании электрических сетей. Эти соединения состоят не только из отдельно взятых резисторов, но и довольно сложных участков, включающих в себя множество элементов.

Смешанное соединение рассчитывается в соответствии с известными свойствами последовательного и параллельного соединения. Метод расчета заключается в разбивке схемы на более простые составные части, которые считаются отдельно, а потом суммируются друг с другом.

Причем это могут быть не только проводники, но и конденсаторы. Здесь важно не запутаться в том, как выглядит каждое из них на схеме. А уже потом применять конкретные формулы. Их, кстати, нужно помнить наизусть.

Как различить эти два соединения?

Внимательно посмотрите на схему. Если провода представить как дорогу, то машины на ней будут играть роль резисторов. На прямой дороге без каких-либо разветвлений машины едут одна за другой, в цепочку. Так же выглядит и последовательное соединение проводников. Дорога в этом случае может иметь неограниченное количество поворотов, но ни одного перекрестка. Как бы ни виляла дорога (провода), машины (резисторы) всегда будут расположены друг за другом, по одной цепочке.

Совсем другое дело, если рассматривается параллельное соединение. Тогда резисторы можно сравнить со спортсменами на старте. Они стоят каждый на своей дорожке, но направление движения у них одинаковое, и финиш в одном месте. Так же и резисторы — у каждого из них свой провод, но все они соединены в некоторой точке.

Формулы для силы тока

О ней всегда идет речь в теме «Электричество». Параллельное и последовательное соединение по-разному влияют на величину в резисторах. Для них выведены формулы, которые можно запомнить. Но достаточно просто запомнить смысл, который в них вкладывается.

Так, ток при последовательном соединении проводников всегда одинаков. То есть в каждом из них значение силы тока не отличается. Провести аналогию можно, если сравнить провод с трубой. В ней вода течет всегда одинаково. И все препятствия на ее пути будут сметаться с одной и той же силой. Так же с силой тока. Поэтому формула общей силы тока в цепи с последовательным соединением резисторов выглядит так:

I общ = I 1 = I 2

Здесь буквой I обозначена сила тока. Это общепринятое обозначение, поэтому его нужно запомнить.

Ток при параллельном соединении уже не будет постоянной величиной. При той же аналогии с трубой получается, что вода разделится на два потока, если у основной трубы будет ответвление. То же явление наблюдается с током, когда на его пути появляется разветвление проводов. Формула общей силы тока при :

I общ = I 1 + I 2

Если разветвление составлено из проводов, которых больше двух, то в приведенной формуле на такое же количество станет больше слагаемых.

Формулы для напряжения

Когда рассматривается схема, в которой выполнено соединение проводников последовательно, то напряжение на всем участке определяется суммой этих величин на каждом конкретном резисторе. Сравнить эту ситуацию можно с тарелками. Удержать одну из них легко получится одному человеку, вторую рядом он тоже сможет взять, но уже с трудом. Держать в руках три тарелки рядом друг с другом одному человеку уже не удастся, потребуется помощь второго. И так далее. Усилия людей складываются.

Формула для общего напряжения участка цепи с последовательным соединением проводников выглядит так:

U общ = U 1 + U 2 , где U — обозначение, принятое для

Другая ситуация складывается, если рассматривается Когда тарелки ставятся друг на друга, их по-прежнему может удержать один человек. Поэтому складывать ничего не приходится. Такая же аналогия наблюдается при параллельном соединении проводников. Напряжение на каждом из них одинаковое и равно тому, которое на всех них сразу. Формула общего напряжения такая:

U общ = U 1 = U 2

Формулы для электрического сопротивления

Их уже можно не запоминать, а знать формулу закона Ома и из нее выводить нужную. Из указанного закона следует, что напряжение равно произведению силы тока и сопротивления. То есть U = I * R, где R — сопротивление.

Тогда формула, с которой нужно будет работать, зависит от того, как выполнено соединение проводников:

  • последовательно, значит, нужно равенство для напряжения — I общ * R общ = I 1 * R 1 + I 2 * R 2;
  • параллельно необходимо пользоваться формулой для силы тока — U общ / R общ = U 1 / R 1 + U 2 / R 2 .

Далее следуют простые преобразования, которые основываются на том, что в первом равенстве все силы тока имеют одинаковое значение, а во втором — напряжения равны. Значит, их можно сократить. То есть получаются такие выражения:

  1. R общ = R 1 + R 2 (для последовательного соединения проводников).
  2. 1 / R общ = 1 / R 1 + 1 / R 2 (при параллельном соединении).

При увеличении числа резисторов, которые включены в сеть, изменяется количество слагаемых в этих выражениях.

Стоит отметить, что параллельное и последовательное соединение проводников по-разному влияют на общее сопротивление. Первое из них уменьшает сопротивление участка цепи. Причем оно оказывается меньше самого маленького из использованных резисторов. При последовательном соединении все логично: значения складываются, поэтому общее число всегда будет самым большим.

Работа тока

Предыдущие три величины составляют законы параллельного соединения и последовательного расположения проводников в цепи. Поэтому их знать нужно обязательно. Про работу и мощность необходимо просто запомнить базовую формулу. Она записывается так: А = I * U * t , где А — работа тока, t — время его прохождения по проводнику.

Для того чтобы определить общую работу при последовательном соединении нужно заменить в исходном выражении напряжение. Получится равенство: А = I * (U 1 + U 2) * t, раскрыв скобки в котором получится, что работа на всем участке равна их сумме на каждом конкретном потребителе тока.

Аналогично идет рассуждение, если рассматривается схема параллельного соединения. Только заменять полагается силу тока. Но результат будет тот же: А = А 1 + А 2 .

Мощность тока

При выведении формулы для мощности (обозначение «Р») участка цепи опять нужно пользоваться одной формулой: Р = U * I. После подобных рассуждений получается, что параллельное и последовательное соединение описываются такой формулой для мощности: Р = Р 1 + Р 2 .

То есть, как бы ни были составлены схемы, общая мощность будет складываться из тех, которые задействованы в работе. Именно этим объясняется тот факт, что нельзя включать в сеть квартиры одновременно много мощных приборов. Она просто не выдержит такой нагрузки.

Как влияет соединение проводников на ремонт новогодней гирлянды?

Сразу же после того, как перегорит одна из лампочек, станет ясно, как они были соединены. При последовательном соединении не будет светиться ни одна из них. Это объясняется тем, что пришедшая в негодность лампа создает разрыв в цепи. Поэтому нужно проверить все, чтобы определить, какая перегорела, заменить ее — и гирлянда станет работать.

Если в ней используется параллельное соединение, то она не перестает работать при неисправности одной из лампочек. Ведь цепь не будет полностью разорвана, а только одна параллельная часть. Чтобы отремонтировать такую гирлянду, не нужно проверять все элементы цепи, а только те, которые не светятся.

Что происходит с цепью, если в нее включены не резисторы, а конденсаторы?

При их последовательном соединении наблюдается такая ситуация: заряды от плюсов источника питания поступают только на внешние обкладки крайних конденсаторов. Те, что находятся между ними, просто передают этот заряд по цепочке. Этим объясняется то, что на всех обкладках появляются одинаковые заряды, но имеющие разные знаки. Поэтому электрический заряд каждого конденсатора, соединенного последовательно, можно записать такой формулой:

q общ = q 1 = q 2 .

Для того чтобы определить напряжение на каждом конденсаторе, потребуется знание формулы: U = q / С. В ней С — емкость конденсатора.

Общее напряжение подчиняется тому же закону, который справедлив для резисторов. Поэтому, заменив в формуле емкости напряжение на сумму, мы получим, что общую емкость приборов нужно вычислять по формуле:

С = q / (U 1 + U 2).

Упростить эту формулу можно, перевернув дроби и заменив отношение напряжения к заряду емкостью. Получается такое равенство: 1 / С = 1 / С 1 + 1 / С 2 .

Несколько по-другому выглядит ситуация, когда соединение конденсаторов — параллельное. Тогда общий заряд определяется суммой всех зарядов, которые накапливаются на обкладках всех приборов. А значение напряжения по-прежнему определяется по общим законам. Поэтому формула для общей емкости параллельно соединенных конденсаторов выглядит так:

С = (q 1 + q 2) / U.

То есть эта величина считается, как сумма каждого из использованных в соединении приборов:

С = С 1 + С 2.

Как определить общее сопротивление произвольного соединения проводников?

То есть такого, в котором последовательные участки сменяют параллельные, и наоборот. Для них по-прежнему справедливы все описанные законы. Только применять их нужно поэтапно.

Сперва полагается мысленно развернуть схему. Если представить ее сложно, то нужно нарисовать то, что получается. Объяснение станет понятнее, если рассмотреть его на конкретном примере (см. рисунок).

Ее удобно начать рисовать с точек Б и В. Их необходимо поставить на некотором удалении друг от друга и от краев листа. Слева к точке Б подходит один провод, а вправо направлены уже два. Точка В, напротив, слева имеет два ответвления, а после нее расположен один провод.

Теперь необходимо заполнить пространство между этими точками. По верхнему проводу нужно расположить три резистора с коэффициентами 2, 3 и 4, а снизу пойдет тот, у которого индекс равен 5. Первые три соединены последовательно. С пятым резистором они параллельны.

Оставшиеся два резистора (первый и шестой) включены последовательно с рассмотренным участком БВ. Поэтому рисунок можно просто дополнить двумя прямоугольниками по обе стороны от выбранных точек. Осталось применить формулы для расчета сопротивления:

  • сначала ту, которая приведена для последовательного соединения;
  • потом для параллельного;
  • и снова для последовательного.

Подобным образом можно развернуть любую, даже очень сложную схему.

Задача на последовательное соединение проводников

Условие. В цепи друг за другом подсоединены две лампы и резистор. Общее напряжение равно 110 В, а сила тока 12 А. Чему равно сопротивление резистора, если каждая лампа рассчитана на напряжение в 40 В?

Решение. Поскольку рассматривается последовательное соединение, формулы его законов известны. Нужно только правильно их применить. Начать с того, чтобы выяснить значение напряжения, которое приходится на резистор. Для этого из общего нужно вычесть два раза напряжение одной лампы. Получается 30 В.

Теперь, когда известны две величины, U и I (вторая из них дана в условии, так как общий ток равен току в каждом последовательном потребителе), можно сосчитать сопротивление резистора по закону Ома. Оно оказывается равным 2,5 Ом.

Ответ. Сопротивление резистора равно 2,5 Ом.

Задача на параллельное и последовательное

Условие. Имеются три конденсатора с емкостями 20, 25 и 30 мкФ. Определите их общую емкость при последовательном и параллельном соединении.

Решение. Проще начать с В этой ситуации все три значения нужно просто сложить. Таким образом, общая емкость оказывается равной 75 мкФ.

Несколько сложнее расчеты будут при последовательном соединении этих конденсаторов. Ведь сначала нужно найти отношения единицы к каждой из этих емкостей, а потом сложить их друг с другом. Получается, что единица, деленная на общую емкость, равна 37/300. Тогда искомая величина получается приблизительно 8 мкФ.

Ответ. Общая емкость при последовательном соединении 8 мкФ, при параллельном — 75 мкФ.

При решении задач принято преобразовывать схему, так, чтобы она была как можно проще. Для этого применяют эквивалентные преобразования. Эквивалентными называют такие преобразования части схемы электрической цепи, при которых токи и напряжения в не преобразованной её части остаются неизменными.

Существует четыре основных вида соединения проводников: последовательное, параллельное, смешанное и мостовое.

Последовательное соединение

Последовательное соединение – это такое соединение, при котором сила тока на всем участке цепи одинакова. Ярким примером последовательного соединения является старая елочная гирлянда. Там лампочки подключены последовательно, друг за другом. Теперь представьте, одна лампочка перегорает, цепь нарушена и остальные лампочки гаснут. Выход из строя одного элемента, ведет за собой отключение всех остальных, это является существенным недостатком последовательного соединения.

При последовательном соединении сопротивления элементов суммируются.

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором напряжение на концах участка цепи одинаково. Параллельное соединение наиболее распространено, в основном потому, что все элементы находятся под одним напряжением, сила тока распределена по-разному и при выходе одного из элементов все остальные продолжают свою работу.

При параллельном соединении эквивалентное сопротивление находится как:

В случае двух параллельно соединенных резисторов

В случае трех параллельно подключенных резисторов:

Смешанное соединение

Смешанное соединение – соединение, которое является совокупностью последовательных и параллельных соединений. Для нахождения эквивалентного сопротивления нужно, “свернуть” схему поочередным преобразованием параллельных и последовательных участков цепи.


Сначала найдем эквивалентное сопротивление для параллельного участка цепи, а затем прибавим к нему оставшееся сопротивление R 3 . Следует понимать, что после преобразования эквивалентное сопротивление R 1 R 2 и резистор R 3 , соединены последовательно.

Итак, остается самое интересное и самое сложное соединение проводников.

Мостовая схема

Мостовая схема соединения представлена на рисунке ниже.



Для того чтобы свернуть мостовую схему, один из треугольников моста, заменяют эквивалентной звездой.

И находят сопротивления R 1 , R 2 и R 3 .

Содержание:

Как известно, соединение любого элемента схемы, независимо от его назначения, может быть двух видов — параллельное подключение и последовательное. Также возможно и смешанное, то есть последовательно параллельное соединение. Все зависит от назначения компонента и выполняемой им функции. А значит, и резисторы не избежали этих правил. Последовательное и параллельное сопротивление резисторов это по сути то же самое, что и параллельное и последовательное подключение источников света. В параллельной цепи схема подключения подразумевает вход на все резисторы из одной точки, а выход из другой. Попробуем разобраться, каким образом выполняется последовательное соединение, а каким — параллельное. И главное, в чем состоит разница между подобными соединениями и в каких случаях необходимо последовательное, а в каких параллельное соединение. Также интересен и расчет таких параметров, как общее напряжение и общее сопротивление цепи в случаях последовательного либо параллельного соединения. Начать следует с определений и правил.

Способы подключения и их особенности

Виды соединения потребителей или элементов играют очень важную роль, ведь именно от этого зависят характеристики всей схемы, параметры отдельных цепей и тому подобное. Для начала попробуем разобраться с последовательным подключением элементов к схеме.

Последовательное соединение

Последовательное подключение — это такое соединение, где резисторы (равно, как и другие потребители или элементы схем) подключаются друг за другом, при этом выход предыдущего подключается на вход следующего. Подобный вид коммутации элементов дает показатель, равный сумме сопротивлений этих элементов схемы. То есть если r1 = 4 Ом, а r2 = 6 Ом, то при подключении их в последовательную цепь, общее сопротивление составит 10 Ом. Если мы добавим последовательно еще один резистор на 5 Ом, сложение этих цифр даст 15 Ом — это и будет общее сопротивление последовательной цепи. То есть общие значения равны сумме всех сопротивлений. При его расчете для элементов, которые подключены последовательно, никаких вопросов не возникает — все просто и ясно. Именно поэтому не стоит даже останавливаться более серьезно на этой.

Совершенно по другим формулам и правилам производится расчет общего сопротивления резисторов при параллельном подключении, вот на нем имеет смысл остановиться поподробнее.

Параллельное соединение

Параллельным называется соединение, при котором все входы резисторов объединены в одной точке, а все выходы — во второй. Здесь главное понять, что общее сопротивление при подобном подключении будет всегда ниже, чем тот же параметр резистора, имеющего наименьшее.

Имеет смысл разобрать подобную особенность на примере, тогда понять это будет намного проще. Существует два резистора по 16 Ом, но при этом для правильного монтажа схемы требуется лишь 8 Ом. В данном случае при задействовании их обеих, при их параллельном включении в схему, как раз и получатся необходимые 8 Ом. Попробуем понять, по какой формуле возможны вычисления. Рассчитать этот параметр можно так: 1/Rобщ = 1/R1+1/R2, причем при добавлении элементов сумма может продолжаться до бесконечности.

Попробуем еще один пример. Параллельно соединены 2 резистора, с сопротивлением 4 и 10 Ом. Тогда общее будет равно 1/4 + 1/10, что будет равным 1:(0.25 + 0.1) = 1:0.35 = 2.85 Ом. Как видим, хотя резисторы и имели значительное сопротивление, при подключении их параллельнообщий показатель стал намного ниже.

Так же можно рассчитать общее сопротивление четырех параллельно подключенных резисторов, с номиналом 4, 5, 2 и 10 Ом. Вычисления, согласно формуле, будут такими: 1/Rобщ = 1/4+1/5+1/2+1/10, что будет равным 1:(0.25+0.2+0.5+0.1)=1/1.5 = 0.7 Ом.

Что же касается тока, протекающего через параллельно соединенные резисторы, то здесь необходимо обратиться к закону Кирхгофа, который гласит «сила тока при параллельном соединении, выходящего из цепи, равна току, входящему в цепь». А потому здесь законы физики решают все за нас. При этом общие показатели тока разделяются на значения, которые являются обратно пропорциональными сопротивлению ветки. Если сказать проще, то чем больше показатель сопротивления, тем меньшие токи будут проходить через этот резистор, но в общем, все же ток входа будет и на выходе. При параллельном соединении напряжение также остается на выходе таким же, как и на входе. Схема параллельного соединения указана ниже.

Последовательно-параллельное соединение

Последовательно-параллельное соединение — это когда схема последовательного соединения содержит в себе параллельные сопротивления. В таком случае общее последовательное сопротивление будет равно сумме отдельно взятых общих параллельных. Метод вычислений одинаковый в соответствующих случаях.

Подведем итог

Подводя итог всему вышеизложенному можно сделать следующие выводы:

  1. При последовательном соединении резисторов не требуется особых формул для расчета общего сопротивления. Необходимо лишь сложить все показатели резисторов — сумма и будет общим сопротивлением.
  2. При параллельном соединении резисторов, общее сопротивление высчитывается по формуле 1/Rобщ = 1/R1+1/R2…+Rn.
  3. Эквивалентное сопротивление при параллельном соединении всегда меньше минимального подобного показателя одного из резисторов, входящих в схему.
  4. Ток, равно как и напряжение в параллельном соединении остается неизменным, то есть напряжение при последовательном соединении равно как на входе, так и на выходе.
  5. Последовательно-параллельное соединение при подсчетах подчиняется тем же законам.

В любом случае, каким бы ни было подключение, необходимо четко рассчитывать все показатели элементов, ведь параметры имеют очень важную роль при монтаже схем. И если ошибиться в них, то либо схема не будет работать, либо ее элементы просто сгорят от перегрузки. По сути, это правило применимо к любым схемам, даже в электромонтаже. Ведь провод по сечению подбирают также исходя из мощности и напряжения. А если поставить лампочку номиналом в 110 вольт в цепь с напряжением 220, несложно понять, что она моментально сгорит. Так же и с элементами радиоэлектроники. А потому — внимательность и скрупулезность в расчетах — залог правильной работы схемы.

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассмотрел , применительно к электрическим цепям, содержащие источники энергии. Но в основе анализа и проектирования электронных схем вместе с законом Ома лежат также законы баланса , называемым первым законом Кирхгофа, и баланса напряжения на участках цепи, называемым вторым законом Кирхгофа, которые рассмотрим в данной статье. Но для начала выясним, как соединяются между собой приёмники энергии и какие при этом взаимоотношения между токами, напряжениями и .

Приемники электрической энергии можно соединить между собой тремя различными способами: последовательно, параллельно или смешано (последовательно — параллельно). Вначале рассмотрим последовательный способ соединения, при котором конец одного приемника соединяют с началом второго приемника, а конец второго приемника – с началом третьего и так далее. На рисунке ниже показано последовательное соединение приемников энергии с их подключением к источнику энергии

Пример последовательного подключения приемников энергии.

В данном случае цепь состоит из трёх последовательных приемников энергии с сопротивлением R1, R2, R3 подсоединенных к источнику энергии с U. Через цепь протекает электрический ток силой I, то есть, напряжение на каждом сопротивлении будет равняться произведению силы тока и сопротивления

Таким образом, падение напряжения на последовательно соединённых сопротивлениях пропорциональны величинам этих сопротивлений.

Из вышесказанного вытекает правило эквивалентного последовательного сопротивления, которое гласит, что последовательно соединённые сопротивления можно представить эквивалентным последовательным сопротивлением величина, которого равна сумме последовательно соединённых сопротивлений. Это зависимость представлена следующими соотношениями

где R – эквивалентное последовательное сопротивление.

Применение последовательного соединения

Основным назначением последовательного соединения приемников энергии является обеспечение требуемого напряжения меньше, чем напряжение источника энергии. Одними из таких применений является делитель напряжения и потенциометр


Делитель напряжения (слева) и потенциометр (справа).

В качестве делителей напряжения используют последовательно соединённые резисторы, в данном случае R1 и R2, которые делят напряжение источника энергии на две части U1 и U2. Напряжения U1 и U2 можно использовать для работы разных приемников энергии.

Довольно часто используют регулируемый делитель напряжения, в качестве которого применяют переменный резистор R. Суммарное сопротивление, которого делится на две части с помощью подвижного контакта, и таким образом можно плавно изменять напряжение U2 на приемнике энергии.

Ещё одним способом соединения приемников электрической энергии является параллельное соединение, которое характеризуется тем, что к одним и тем же узлам электрической цепи присоединены несколько преемников энергии. Пример такого соединения показан на рисунке ниже


Пример параллельного соединения приемников энергии.

Электрическая цепь на рисунке состоит из трёх параллельных ветвей с сопротивлениями нагрузки R1, R2 и R3. Цепь подключена к источнику энергии с напряжением U, через цепь протекает электрический ток с силой I. Таким образом, через каждую ветвь протекает ток равный отношению напряжения к сопротивлению каждой ветви

Так как все ветви цепи находятся под одним напряжением U, то токи приемников энергии обратно пропорциональны сопротивлениям этих приемников, а следовательно параллельно соединённые приемники энергии можно заметь одним приемником энергии с соответствующим эквивалентным сопротивлением, согласно следующих выражений

Таким образом, при параллельном соединении эквивалентное сопротивление всегда меньше самого малого из параллельно включенных сопротивлений.

Смешанное соединение приемников энергии

Наиболее широко распространено смешанное соединение приемников электрической энергии. Данной соединение представляет собой сочетание последовательно и параллельно соединенных элементов. Общей формулы для расчёта данного вида соединений не существует, поэтому в каждом отдельном случае необходимо выделять участки цепи, где присутствует только лишь один вид соединения приемников – последовательное или параллельное. Затем по формулам эквивалентных сопротивлений постепенно упрощать данные участи и в конечном итоге приводить их к простейшему виду с одним сопротивлением, при этом токи и напряжения вычислять по закону Ома. На рисунке ниже представлен пример смешанного соединения приемников энергии


Пример смешанного соединения приемников энергии.

В качестве примера рассчитаем токи и напряжения на всех участках цепи. Для начала определим эквивалентное сопротивление цепи. Выделим два участка с параллельным соединением приемников энергии. Это R1||R2 и R3||R4||R5. Тогда их эквивалентное сопротивление будет иметь вид

В результате получили цепь из двух последовательных приемников энергии R 12 R 345 эквивалентное сопротивление и ток, протекающий через них, составит

Тогда падение напряжения по участкам составит

Тогда токи, протекающие через каждый приемник энергии, составят

Как я уже упоминал, законы Кирхгофа вместе с законом Ома являются основными при анализе и расчётах электрических цепей. Закон Ома был подробно рассмотрен в двух предыдущих статьях, теперь настала очередь для законов Кирхгофа. Их всего два, первый описывает соотношения токов в электрических цепях, а второй – соотношение ЭДС и напряжениями в контуре. Начнём с первого.

Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Описывается это следующим выражением

где ∑ — обозначает алгебраическую сумму.

Слово «алгебраическая» означает, что токи необходимо брать с учётом знака, то есть направления втекания. Таким образом, всем токам, которые втекают в узел, присваивается положительный знак, а которые вытекают из узла – соответственно отрицательный. Рисунок ниже иллюстрирует первый закон Кирхгофа


Изображение первого закона Кирхгофа.

На рисунке изображен узел, в который со стороны сопротивления R1 втекает ток, а со стороны сопротивлений R2, R3, R4 соответственно вытекает ток, тогда уравнение токов для данного участка цепи будет иметь вид

Первый закон Кирхгофа применяется не только к узлам, но и к любому контуру или части электрической цепи. Например, когда я говорил о параллельном соединении приемников энергии, где сумма токов через R1, R2 и R3 равна втекающему току I.

Как говорилось выше, второй закон Кирхгофа определяет соотношение между ЭДС и напряжениями в замкнутом контуре и звучит следующим образом: алгебраическая сумма ЭДС в любом контуре цепи равна алгебраической сумме падений напряжений на элементах этого контура. Второй закон Кирхгофа определяется следующим выражением

В качестве примера рассмотрим ниже следующую схему, содержащую некоторый контур


Схема, иллюстрирующая второй закон Кирхгофа.

Для начала необходимо определится с направлением обхода контура. В принципе можно выбрать как по ходу часовой стрелки, так и против хода часовой стрелки. Я выберу первый вариант, то есть элементы будут считаться в следующем порядке E1R1R2R3E2, таким образом, уравнение по второму закону Кирхгофа будет иметь следующий вид

Второй закон Кирхгофа применяется не только к цепям постоянного тока, но и к цепям переменного тока и к нелинейным цепям.
В следующей статье я рассмотрю основные способы расчёта сложных цепей с использованием закона Ома и законов Кирхгофа.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.

Последовательное и параллельное соединение проводников


Последовательное и параллельное соединение очень широко используется в электронике и электротехнике и порой даже необходимо для правильной работы того или иного узла электроники. И начнем, пожалуй, с самых простых компонентов радиоэлектронных цепей – проводников.

Для начала давайте вспомним, что такое проводник? Проводник – это вещество или какой-либо материал, который отлично проводит электрический ток. Если какой-либо проводник отлично проводит электрический ток, то он в любом случае обладает каким-либо сопротивлением. Сопротивление проводника мы находим по формуле:

формула сопротивление проводника

ρ – это удельное сопротивление, Ом × м

R – сопротивление проводника, Ом

S – площадь поперечного сечения, м2

l – длина проводника, м

Более подробно об этом я писал здесь.

Следовательно, любой проводник представляет из себя резистор с каким-либо сопротивлением. Значит, любой проводник можно нарисовать так.

обозначение резистора на схемах

Последовательное соединение проводников

Сопротивление при последовательном соединении проводников

Последовательное соединение проводников – это когда к одному проводнику мы соединяем другой проводник и так по цепочке. Это и есть последовательное соединение проводников. Их можно соединять с друг другом сколь угодно много.


последовательное соединение резисторов

Чему же будет равняться их общее сопротивление? Оказывается, все просто. Оно будет равняться сумме всех сопротивлений проводников в этой цепи.

Получается, можно записать, что

формула при последовательном соединении резисторов

Пример

У нас есть 3 проводника, которые соединены последовательно. Сопротивление первого 3 Ома, второго 5 Ом, третьего 2 Ома. Найти их общее сопротивление в цепи.

Решение

Rобщее =R1 + R2 + R3 = 3+5+2=10 Ом.

То есть, как вы видите, цепочку из 3 резисторов мы просто заменили на один резистор RAB .

показать на реальном примере с помощью мультиметра Видео где подробно расписывается про эти соединения:

Сила тока через последовательное соединение проводников

Что будет, если мы подадим напряжение на концы такого резистора? Через него сражу же побежит электрический ток, сила которого будет вычисляться по закону Ома I=U/R.

Получается, если через резистор RAB течет какой-то определенный ток, следовательно, если разложить наш резистор на составляющие R1 , R2 , R3 , то получится, что через них течет та же самая сила тока, которая текла через резистор RAB .


сила тока через последовательное соединение проводников

Получается, что при последовательном соединении проводников сила тока, которая течет через каждый проводник одинакова. То есть через резистор R1 течет такая же сила тока, как и через резистор R2 и такая же сила тока течет через резистор R3 .

Напряжение при последовательном соединении проводников

Давайте еще раз рассмотрим цепь с тремя резисторами

Как мы уже знаем, при последовательном соединении через каждый резистор проходит одна и та же сила тока. Но вот что будет с напряжением на каждом резисторе и как его найти?

Оказывается, все довольно таки просто. Для этого надо снова вспомнить закон дядюшки Ома и просто вычислить напряжение на любом резисторе. Давайте так и сделаем.

Пусть у нас будет цепь с такими параметрами.

Мы теперь знаем, что сила тока в такой цепи будет везде одинакова. Но какой ее номинал? Вот в чем загвоздка. Для начала нам надо привести эту цепь к такому виду.

Получается, что в данном случае RAB =R1 + R2 + R3 = 2+3+5=10 Ом. Отсюда уже находим силу тока по закону Ома I=U/R=10/10=1 Ампер.

Половина дела сделано. Теперь осталось узнать, какое напряжение падает на каждом резисторе. То есть нам надо найти значения UR1 , UR2 , UR3 . Но как это сделать?

Да все также, через закон Ома. Мы знаем, что через каждый резистор проходит сила тока 1 Ампер, мы уже вычислили это значение. Закон ома гласит I=U/R , отсюда получаем, что U=IR.

Следовательно,

UR1 = IR1 =1×2=2 Вольта

UR2 = IR2 = 1×3=3 Вольта

UR3 = IR3 =1×5=5 Вольт

Теперь начинается самое интересное. Если сложить все падения напряжений на резисторах, то можно получить… напряжение источника! Он у нас равен 10 Вольт.

Получается

U=UR1+UR2+UR3

Мы получили самый простой делитель напряжения.

Вывод: сумма падений напряжений при последовательном соединении равняется напряжению питания.

Методы соединения проводов

В соответствии с п. 2.1.21. ПУЭ, соединение проводов можно осуществлять только методами сварки, пайки, опрессовки и сжимов. Как видим, излюбленный метод доморощенных электриков, скрутка, не входит в перечень разрешенных методов соединения.

А из всех представленных разрешенных методов наиболее оптимальным для использования в домашних условиях является сжим. Это может быть винтовое, болтовое или пружинное соединение.

Итак:

  • Для монтажа болтовых и винтовых соединений промышленность сейчас выпускает большое количество самых разнообразных клеммных соединений. Их цена достаточно не велика, а удобство монтажа находится на высоком уровне.
  • Отдельно хотелось бы сказать о пружинных клеммах. Я сам не являюсь сторонников пружинок, распорок и тому подобных соединений, но как-то раз довелось стать свидетелем испытаний одного из таких клеммников.
  • Это были клеммы WAGO. На испытательной установке мы плавно поднимали ток, протекающий через клемму, пока наш медный провод в 4 мм2 не перегорел. При этом величина тока составляла 100А. После этого мы достали клеммник и не обнаружили на нем никаких дефектов. Это заставило изменить мое мнение о таких пружинных клеммниках, и поэтому вам я советую присмотреться к ним повнимательнее.
  • Так же стоит отметить, что отдельным преимуществом таких клеммников является возможность соединения алюминиевых и медных проводов. В обычных же условиях это можно осуществлять только через латунную вставку.

Параллельное соединение проводников

Параллельное соединение проводников выглядит вот так.


параллельное соединение резисторов

Ну что, думаю, начнем с сопротивления.

Сопротивление при параллельном соединении проводников

Давайте пометим клеммы как А и В

В этом случае общее сопротивление RAB будет находиться по формуле

Если же мы имеем только два параллельно соединенных проводника

То в этом случае можно упростить длинную неудобную формулу и она примет вид такой вид.

Напряжение при параллельном соединении проводников

Здесь, думаю ничего гадать не надо. Так как все проводники соединяются параллельно, то и напряжение у всех будет одинаково.

Получается, что напряжение на R1 будет такое же как и на R2, как и на R3, так и на Rn

Как рассчитать сложные схемы соединения резисторов

Сложные схемы рассчитываются путем группировки по параллельному и последовательному способу соединения.


Перед нами сложная схема – задача рассчитать общее сопротивление:

  1. R2, R3, R4 объединим в последовательную группу – применим формулу R2,3,4 = R2+R3+R4.
  2. R5 и R2,3,4 – параллельно соединенные резисторы, рассчитаем R5,2,3,4 = 1/ (1/R5+1/R2,3,4).
  3. R5,2,3,4, R1, R6 опять объединяем в последовательную группу – суммируя величины, получаем Rобщ = R5,2,3,4+R1+R6.

Варианты подключения электропроводки

Теперь давайте разберемся, какая должна быть электропроводка и как соединять провода. Для расключения однофазной сети необходимо применять трехжильный провод.

При этом следует применять нормы из п. 1.1.29 ПУЭ для облегчения прокладки и снижения вероятности перепутывания проводов.


Цветовое обозначение проводов

Трехжильный провод следует применять со следующими проводами:

  • Фазный провод – цветовое обозначение для однофазной сети не нормируется. Для трехфазной сети желтый, зеленый, красный – соответственно фазы А,В и С.

Обратите внимание! Для трехфазной цепи нормы ПУЭ нормируют не только цветовую гамму обозначения каждой фазы, но и их расположение в распределительных щитках разных конструкций.

  • Нулевой провод – для любых сетей должен применяться проводник голубого цвета. При обозначении шин или клеммников применяется символ «N».
  • Заземляющий провод – в любых сетях должен применяться провод с продольными желто-зелеными полосами. При обозначении шин и клеммников применяется знак заземления.

Подключение в распределительном щитке

Теперь давайте рассмотрим виды соединения электропроводки в разных участках нашей электрической сети.

Начнем с распределительного щитка:

  • Сначала разберемся с фазным проводом. Он должен подключаться через защитное устройство. Это могут быть предохранители, пробки, но чаще всего используются автоматические выключатели. Питающий провод к автоматическим выключателям обычно подводится сверху, вы же подключаетесь снизу.
  • Нулевой провод ,согласно норм ПУЭ, не должен иметь коммутационных устройств. Поэтому обычно для него организуют отдельный клеммник в боковой части щитка. К нему мы подключаем голубую жилу нашего провода.
  • Это же правило относится и к заземляющему проводу. Только для него следует создать отдельный клеммник. К нему мы и подключаем наш желто-зеленый провод.


Подключение УЗО для всех групп потребителей

Отдельно остановимся на подключении УЗО. Для этого нам необходимо использовать не только фазный, но и нулевой провод. И схема во многом зависит от места установки УЗО.

Если вы устанавливаете УЗО на все группы вашей электрической сети:

  • В этом случае фазный и нулевой провод с счетчика подключается к вводам УЗО. Тут важно не перепутать и нулевой провод подключить к клемме, обозначенной «N». Иначе УЗО не будет работать.
  • Фазный провод на выходе УЗО подключаем ко всем автоматам, питающим отдельные группы.
  • Нулевой провод на выходе УЗО подключаем к шине или клеммнику, от которого подключаются нулевые провода всех групп.

Если вы устанавливаете УЗО на отдельную группу:

  • В этом случае фазный провод на ввод УЗО берется от автоматического выключателя группы.
  • Нулевой провод на ввод УЗО берется с нулевой шины вашего распределительного щитка.
  • С выводов УЗО нулевой и фазный провод идут непосредственно к потребителям.

Подключение в распределительной коробке

Соединение электропроводки на колодки при соблюдении указанных выше норм также не позволит вам запутаться. Отличается здесь только подключение светильников и розеток, но они незначительны.

При подключении розеток нам достаточно при помощи клемм сделать ответвление фазного, нулевого и заземляющего провода:

  • Для этого приходящий провод разрезается и каждая жила подключается к отдельному клеммнику. Для подключения одной розетки необходимо три клеммы, двух розеток — четыре, трех — пять и так далее.
  • Теперь подключаем к одной клемме фазный провод приходящего провода. Ко второй клемме подключается провод группы, идущий к другим присоединениям. К третьей клемме крепим фазный провод, идущий к нашей розетке.
  • Идентично выполняем операции с нулевым и заземляющим проводом.


Подключение светильника

Подключение светильников несколько усложняется ввиду наличия включателя.

  • Если вы вызвались подключать светильники своими руками, то на первом этапе делаем те же операции, что и при подключении розеток. То есть, разделываем кабель и каждую жилу подключаем к разным клеммникам. Так же можно сразу подключить провод, идущий к другим электроприемникам данной группы.
  • Согласно норм ПУЭ, выключатель сети освещения должен отключать фазный провод. Поэтому от клеммника фазных проводов делаем подключение к выключателю.
  • Если у вас однокнопочный выключатель, то на выходе с выключателя будет один провод. Если двух и более кнопочный, то два или более, соответственно. Мы рассмотрим однокнопочный выключатель для упрощения предоставления информации. Для двух, трех и более кнопочных выключателей схема подключения идентична.
  • Провод, подключенный к выводу выключателя, отправляется обратно в распределительную коробку. Здесь мы устанавливаем еще один фазный клеммник, к которому и подключается наш провод.
  • Теперь берется трехжильный провод, который подключен непосредственно к светильнику. Фазная жила этого провода подключается к фазному клеммнику провода, пришедшего от выключателя. Нулевая жила подключается к клеммнику нулевых жил, а заземляющая — к клеммнику заземляющих жил. Все, подключение нашего светильника выполнено. Если же посмотреть соответствующие видео, то данный процесс станет для вас еще более понятным.

Основные способы соединения проводов | Petrem.ru

Начинающему электрику приходится искать ответы на множество вопросов, и один из них: как соединить провода в распределительной коробке? На данный момент существует несколько способов соединения проводников. Каждый из способов обладает своими преимуществами и недостатками.

Содержание страницы

От чего зависит выбор метода соединения проводов?

Выбор того или иного метода определяется:

Материалом, из которого изготовлены жилы. Это может быть медь, алюминий или сталь.
Сечением жил. Одни способы позволяют соединять кабеля только с одинаковым сечением проводников, а другие дают возможность совмещать жилы различного диаметра.
Количество соединяемых проводов: два, три или более.
Условия проведения монтажных работ. Чаще всего соединение кабелей проводится в обычных условиях, то есть в помещении со средним уровнем влажности и температурой выше нуля. Но также работы могут выполняться на улице, в воде или земле.

Кроме того, на выбор способа соединения проводников влияет опыт мастера, наличие у него тех или иных навыков и специальных инструментов. Рассмотрим подробнее способы, с помощью которых осуществляется соединение проводов в распределительной коробке.

Соединение проводников методом скручивания

Самый старый и проверенный метод соединения, до сих пор пользующийся большой популярностью в бытовых условиях, – это скрутка проводов. Суть метода состоит в скручивании жил между собой. Они зачищаются от изоляции на длину 4-5 см, а затем скручиваются с помощью пассатижей. Также может использоваться специальное приспособление для скрутки проводов. После этого скрутка изолируется с помощью термоусадочных трубок (кембриков) или изоляционной лент.

Чтобы использовать этот метод, нужно знать, как правильно скручивать провода. Соединение может быть параллельным или последовательным. В первом случае скрепляемые провода располагаются рядом друг с другом (параллельно), а во втором – друг напротив друга, образуя единую линию при соединении.

Как правильно сделать скрутку проводов? Прежде всего, обе жилы нужно зачистить от изоляции примерно на 4-5 см, потом обезжирить оголённые контакты ацетоном и зачистить наждачной бумагой до металлического блеска. Затем производится скручивание одним из следующих методов:

Простой (первый вариант). Края кабеля перекрещиваются так, чтобы их изоляция соприкасалась, а затем при помощи пассатижей вращательными движениями производится взаимное перекручивание концов проводки. Получившаяся скрутка загибается в одну из сторон таким образом, чтобы она располагалась параллельно проводу. После этого выполняется изоляция соединения.
Простой (второй вариант). Оголенные концы жил немного изгибаются посередине и в месте изгиба зацепляются друг за друга. Затем конец одного провода обматывается вокруг другого, аналогичные действия производятся с концом второго провода. Затем конструкция изолируется.
Бандажный. Для работы нужен отрезок зачищенного проводника. Жилы, которые нужно соединить, кладутся параллельно друг другу. При этом оголенные концы должны соприкасаться по всей длине. После этого проводники обматываются дополнительным отрезом, и получается своего рода бандаж.
Желобковый. Из концов проводников формируются небольшие крючки, которые зацепляются друг за друга. После этого один край провода обматывается вокруг другого.

Причина популярности метода скручивания – простота выполнения работ и отсутствие дополнительных денежных затрат. Чаще всего скрутку выполняют при прокладке временной электропроводки. Однако таким способом нельзя соединить алюминиевые и медные жилы. Кроме того, качество крепления оставляют желать лучшего. Данный способ не используется в помещениях с повышенной влажностью и в деревянных домах.

Согласно 2.1.21 Главы 2 ПУЭ (7-е издание) использование скрутки запрещено, так как в процессе эксплуатации такой конструкции образуется зазор между соединенными проводниками. Это приводит к ослаблению контакта.

Скрепление проводов при помощи болта

Простые способы соединения электрических проводов не ограничиваются скручиванием. Существует не менее легкий, но гораздо более эффективный метод скрепления электропроводов – соединение при помощи болта. Мастеру понадобятся болт небольшой длины, гайка и 3 шайбы.

На резьбу болта надевается шайба, затем накручивается предварительно зачищенная жила, устанавливается еще одна шайба и делается накрутка второй жилы. После этого устанавливается третья шайба. В конце этого «слоеного пирога» плотно закручивается гайка. Готовая конструкция тщательно изолируется.

Главные преимущества способа – простота исполнения, отсутствие значительных денежных затрат, возможность соединять жилы, изготовленные из разных материалов. Основные недостатки – не очень высокое качество фиксации, значительный расход изоляционных материалов и невозможность размещения подобной конструкции в маленькой распределительной коробке.

Опрессовка гильзами

Опрессованные гильзы представляют собой особые зажимы для проводов, обеспечивающие качественное соединение изделий. Жилы проводника помещаются в гильзу (специальную металлическую трубку), а затем с усилием обжимаются при помощи пресс-клещей или инструментов для снятия изоляции, оснащенных обжимными устройствами. Также мастеру понадобится труборез, чтобы при необходимости уменьшить длину гильзы. Готовая конструкция тщательно изолируется кембриком или изолентой.

Как правильно соединять провода данным методом? Проводники можно вставить в гильзу с одной стороны или с противоположных сторон. Во втором случае стык проводников должен находиться примерно посередине трубки.

Гильзы отличаются невысокой стоимостью, однако являются одноразовыми изделиями. При выполнении ремонта они срезаются и выбрасываются, заменяются новыми. Кроме того, у мастера могут возникнуть сложности при поиске гильзы, пригодной для соединения алюминиевого и медного проводов. Монтаж при помощи опрессовки считается более трудоемким, чем вышеописанные способы, но более простым, чем сварка и пайка.

Использование сварки или пайки

Сделать надежное соединение проводов в распределительной коробке можно при помощи сварки. Жилы провода соединяются друг с другом методом контактного нагрева концов угольным электродом до формирования контактной точки в форме шарика.

Сварка (как и пайка) относится к числу самых надежных методов крепления проводников. При этом оба способа отличаются трудоемкостью, высокими требованиями к квалификации мастера, а также необходимостью использования специальных инструментов. Кроме того, конструкция, которая получается в результате проведения сварки или пайки, является неразъемной.

Для выполнения сварки мастеру понадобятся сварочный трансформатор мощностью не менее 1 кВт, угольный электрод и специальный флюс. Также не обойтись без кожаных перчаток и очков для сварки. Сначала с провода снимается изоляция на 4-5 см, затем жилы зачищаются до блеска и скручиваются. В углубление электрода насыпается флюс, а затем туда опускается скрутка и крепко прижимается к электроду. После этого сварочный аппарат включается в сеть, концы жил сплавляются в контактную точку. Когда спай затвердевает, электрод отводится. Готовый шарик нужно очистить от флюса при помощи металлической щетки, а затем покрыть специальным лаком. После этого выполняется изоляция соединения.

Как соединять провода при помощи пайки (расплавленного припоя)? Работа начинается с подготовки всего необходимого: оловянно свинцового припоя, канифоли, наждачной бумаги, паяльника и кисточки для нанесения флюса.

Жилы подготавливаются и скручиваются, затем припой подносится к жалу паяльника. Скрутка нагревается, чтобы расплавленный припой мог затекать в пространство между скрученными проводами. Когда пайка затвердеет, ее нужно промыть спиртом и заизолировать.

Чаще всего пайка используется для соединения проводов из меди. Если нужно провести работу с алюминиевыми проводниками, то следует использовать специальный припой. Одним из существенных недостатков метода пайки является неустойчивость спаянных проводников к термическому воздействию (перегреву линий).

Применение клеммных колодок

Клеммы для соединения проводов представляют собой пластиковые колодки, внутри которых расположены латунные втулки. С обеих сторон от каждой втулки расположены закручиваемые винтики. Чтобы соединить друг с другом два проводника, необходимо вставить их края в отверстия колодки, а затем с усилием затянуть винтами.

Чаще всего этот метод соединения используется для подключения люстры, электророзеток и выключателей, а также для скрепления кабелей в распределительных коробках. Клеммники для соединения проводов могут иметь различные входные отверстия, подходящие для жил соответствующего сечения.

Основные достоинства клеммных колодок: низкая стоимость, быстрый и простой монтаж, достаточно высокое качество крепления проводников, возможность использования для соединения друг с другом изделий из различных материалов (алюминия и меди).

Однако есть у подобных конструкций и недостатки. Так, при помощи колодок можно соединить между собой только два проводника. Нередко пластиковые корпуса клеммников имеют низкое качество и ломаются при установке. С помощью колодок нежелательно соединять многожильные кабеля, так как тонкие жилы многожильного провода отличаются хрупкостью и могут повреждаться при затягивании винтов.

Монтаж колпачков СИЗ

Если схема соединения проводов в распределительной коробке предусматривает использование только компактных соединительных конструкций, то идеальным решением станет применение колпачков СИЗ. Аббревиатура расшифровывается как «соединительные изолирующие зажимы». По мнению многих отечественных мастеров, использование колпачков является оптимальным как при подключении освещения, так и при проведении силовых линий.

СИЗ представляет собой пластиковый или капроновый колпачок, внутри которого располагается специальная пружина, удерживающая провода. К его достоинствам можно отнести доступную стоимость и удобство монтажа. Колпачки производятся из негорючих материалов, поэтому самовозгорание проводки в месте скрутки исключено. СИЗы представлены на рынке в большом выборе цветов. Если проводники не имеют цветовой маркировки, то с помощью колпачков можно отметить фазу, ноль и заземление. К недостаткам изделия относятся не очень высокое качество фиксации и изоляции, а также невозможность использования для соединения меди с алюминием.

Применение зажимов типа «орех»

Достаточно надежное соединение электрических проводов обеспечивает зажим «орех», оснащенный двумя специальными металлическими пластинами и четырьмя винтами. Чтобы выполнить скрепление, концы проводов нужно зачистить и зафиксировать на пластине. Особенность данного зажима состоит в том, что жилы контактируют друг с другом только через пластину. Когда проводники зафиксированы, сверху на конструкцию надевается оболочка из карболита.

С помощью этого недорогого зажима можно соединить медные и алюминиевые жилы. Подобные изделия часто используются для соединения магистрального провода из алюминия с медной внутренней разводкой, также с помощью «ореха» можно делать ответвление на линии электропроводки. К преимуществам изделия относятся хорошая изоляция и простота монтажа, к недостаткам – необходимость периодически подтягивать винты и невозможность размещения в небольших распределительных коробках («орех» отличается достаточно крупными размерами).

Использование клемм Wago

Несколько лет назад давно известные способы соединения проводов пополнились еще одним, новым – это метод, реализованный компанией Wago. Разработка данного производителя представляет собой пружинную клемму, которая отличается от классических клеммников тем, что для закрепления электропроводов используются не винты, а специальные механизмы (флажки-фиксаторы).

Рычажки позволяют осторожно фиксировать изделие, не повреждая его. Чтобы присоединить проводник с помощью Wago, достаточно зачистить изоляцию, вставить жилы в отверстия и опустить флажки вниз.

Колодки бывают одноразовыми и многоразовыми, более предпочтительными являются вторые, несмотря на свою более высокую стоимость. При помощи Wago можно объединять медные и алюминиевые проводники, а также одножильные и многожильные изделия. Данная конструкция также пригодна для соединения тонких многожильных проводов.

Еще одно достоинство колодки – компактные размеры, позволяющие устанавливать ее в небольшие распределительные коробки. К недостаткам Wago относятся достаточно большая стоимость и не очень высокая надежность фиксации. Кроме того, пластик, из которого изготовлен корпус изделия, может оплавиться при перегреве проводки.

Способы решения проблем, связанных с соединением проводов

Виды соединения проводов, описанные выше, можно смело применять при скреплении двух одножильных кабелей, изготовленных из одного материала. Но как быть, если у жил разное сечение или они изготовлены из разных металлов? Рассмотрим возможные варианты:

Если нужно одновременно объединить три, четыре или более кабелей, то рекомендуется выполнять монтаж с помощью СИЗов, колодок Wago, опрессовки гильзами, пайки или скручивания.
Для соединения жил различного сечения в распределительных коробках используются клеммные колодки, болтовые соединения, пайка или Wago.
Объединение многожильных и одножильных изделий можно проводить любым вышеописанным способом, но специалисты рекомендуют отдавать предпочтение пайке или Wago.
Соединение медных и алюминиевых проводников напрямую не осуществляется. Во-первых, такое соединение сильно нагревается, во-вторых, в процессе эксплуатации происходит ослабевание контактов. Это объясняется тем, что у алюминия более низкая электропроводность, чем у меди, поэтому при прохождении тока он нагревается сильнее. Кроме того, алюминий больше расширяется при нагреве и отжимает медный провод, делая контакт более слабым. Избежать подобных неприятностей позволяет соединение проводников при помощи классический клеммных колодок и колодок Wago, а также болтовых соединений (в том числе зажимов типа «орех»). Если для соединения используются колодки, то рекомендуется внутрь них поместить пасту, предотвращающую окисление жил.

Нередко электромонтажные работы приходится проводить в нестандартных условиях, например под водой или в земле. Для этих случаев существуют специальные технологии:

Для подводных конструкций (например, для погружного насоса). Концы проводников спаиваются, место пайки изолируется термоклеем, сверху надевается термоусадочная трубка. При правильном выполнении такое соединение получается герметичным, безопасным.
Для подземных конструкций. Концы жил зажимаются с помощью клеммников и помещаются в распаечную коробку. После этого коробка заливается силиконовым герметиком. Затем конструкция помещается в защитную трубу или короб (чтобы избежать повреждения провода грызунами). Для монтажа подземных конструкций также можно использовать способ, предназначенный для электромонтажных работ на подводных объектах.

Знание вышеописанных способов крепления проводников позволит начинающему мастеру выбрать подходящий метод для каждого конкретного случая.


Выбор проводника | IEWC.com

Даже при проектировании простого одинарного изолированного провода необходимо учитывать множество факторов: температуру, напряжение, постоянное сопротивление проводника, изоляцию, внешний диаметр, требуемую гибкость, физические свойства проводника ( предел прочности при растяжении, падение напряжения , проводимость, вес ) и, при необходимости, конкретные электрические характеристики, такие как диэлектрические свойства изоляционного материала.

Прежде чем выбрать конкретный изолированный проводник, необходимо учесть множество факторов.Те, которые относятся к проводнику: размер, скрутка и материал.

Размер проводника

РАЗМЕР  Определяется с учетом требований к сопротивлению постоянному току, пропускной способности по току и прочности на разрыв.

GAUGE  Наиболее важным фактором при расчете отдельного размера AWG является минимальная площадь CIRCULAR MIL, установленная ASTM (Американским обществом по испытанию материалов) для соответствия требованиям UL, CSA и военных требований, а также SAE (Общество инженеров-автомобилестроителей). для большинства автомобильных продуктов.

Калибр

выражается как AWG (американский калибр проводов) в США и Канаде. Увеличение номера калибра приводит к уменьшению диаметра проволоки.

Размер также может быть выражен как CMA (круглая площадь в милах) , термин, используемый для определения площадей поперечного сечения с помощью арифметического сокращения, в котором площадь круглого провода принимается как «диаметр в милах (0,001»). в квадрате.

MCM = 1000 круговых мил, например: 500 MCM — это 133 нити .Отдельные проволоки размера 0613, каждая из которых имеет 3757 круговых мил, это примерно равно 500 000 полных круговых мил или 500 x 1000, что соответствует 500MCM.

500 MCM  = 133 нити из материала 3757 круговых мил (примерно 14 AWG) или всего 499 681 круговых мил.

Метрический эквивалент AWG

AWG мм2
28 0,08
26 0.14
24 0,25
22 0,34
21 0,38
20 0,50
18 0,75
17 1,0
16 1,5
12 4.0
10 6,0
8 10
6 16
4 25
2 35
1 50
1/0 55
2/0 70
4/0 120
300 МКМ 150
350 МКМ 185
500 МКМ 240
600МКМ 300
750МКМ 400
1000МКМ 500

Скрутка проводника

МНОГОЖИЛЫЕ ПРОВОДНИКИ  Многожильные проводники, разработанные для преодоления жесткости одножильных проводов, состоят из проволок меньшего сечения, связанных или намотанных вместе для создания проводника большего размера. Калибр многожильных проводов часто выражается как комбинация общего размера и размера отдельной жилы.

ПРИМЕР:  16 AWG 26/30 — 16 представляет собой общий размер сечения, 26 — количество жил, 30 — размер сечения каждого из 26 проводов. Это также может быть выражено как 26/0,0100 с использованием десятичного размера.

Многожильные провода предпочтительны по нескольким причинам:

ГИБКОСТЬ ПРОВОДНИКА гораздо лучше подходит для многожильных проводов, что облегчает их установку.

FLEX LIFE дольше, чем у одножильных проводов. Многожильные проводники могут выдержать большую вибрацию и изгиб, прежде чем сломаются. Вообще говоря, чем тоньше скрутка, тем более гибким будет проводник.

ПОВРЕЖДЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ многожильных проводников, например, царапины или надрезы, будут менее серьезными, чем аналогичные повреждения сплошного провода.

STRAND COUNT  влияет как на гибкость, так и на стоимость проводника. Для любого размера провода, чем больше жил, тем более гибким и более дорогим становится проводник.

Материал проводника

МЕДЬ Чистая или луженая медь является наиболее часто используемым металлом для проводников.

В тех случаях, когда медь не подходит, доступно несколько вариантов:

АЛЮМИНИЙ  Этот металл имеет многие свойства, сходные с медью; пластичность, ковкость, тепло- и электропроводность, а также возможность покрытия (экструзии) практически любым материалом, подходящим для изоляции меди. Хотя затраты на проводник иногда могут быть снижены за счет использования алюминия (особенно в случае больших размеров), экономия уменьшается по мере уменьшения размеров сечения.Алюминий редко используется в OEM-приложениях.

К недостаткам алюминиевых проводников относятся:

  • Алюминий имеет только 61% проводимость меди, поэтому диаметр провода должен быть на 50% больше, чтобы обеспечить эквивалентную пропускную способность по току. Это может привести к значительному увеличению внешнего диаметра проволоки. Срок службы при изгибе также составляет от 1/2 до 1/3 срока службы меди.
  • Основным преимуществом использования алюминия является снижение веса; алюминий весит 1/3 веса меди.
  • Алюминий трудно паять с другими металлами.
  • Алюминий может вызвать коррозию при контакте с некоторыми металлами.
  • Алюминий
  • требует очистки перед заделкой, что может занять много времени.
  • Алюминий обычно не рисуют в меньших размерах.

СТАЛЬ С БРОНЗОВЫМ ИЛИ МЕДНЫМ ПОКРЫТИЕМ  Когда требуется высокая прочность на растяжение, например, коаксиальные кабели или специальные шнуры, лучшим выбором будет сталь с бронзовым или медным покрытием.

ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ  Хотя эти проводники из медного сплава дороже, чем стальная проволока с медным или бронзовым покрытием, они позволяют значительно уменьшить размеры и/или вес. Высокопрочные сплавы обладают высокой прочностью на разрыв и большим сроком службы при изгибе при незначительном увеличении сопротивления постоянному току. Наиболее часто используются хромо-кадмиевая медь, кадмиево-медная, хромисто-циркониевая.

Кабельные материалы | Типы металлов, используемые в кабелях и проводах

Провод

Мы иногда забываем, что многие кабели не предназначены для передачи электроэнергии или сигналов, например, кабели, поддерживающие мосты, приводящие в действие элероны и буксирующие автомобили.Механическая проволока и кабель — это большая (но другая) отрасль.

Однако между механическими и электрическими проводами и кабелями есть сходство — по крайней мере, с точки зрения способов их изготовления.

По мере изготовления прядей проволоки они протягиваются через матрицы все меньшего размера. Это относится ко всем проводам. Алмазные штампы используются из-за их чрезвычайной твердости и того факта, что они сохраняют свой точный размер в течение длительного времени. Фактически, система размеров American Wire Gauge (AWG) предлагает эту процедуру рисования.Например, провод размером 22 AWG, меньше чем 20 AWG, теоретически протягивается через 22 матрицы с постепенно уменьшающимся размером. Проволока большего размера проходит через меньшее количество фильер; следовательно, «калибр» с меньшим числом. См. Таблица 1 .

Металлы

Медь считается стандартом в электрических проводниках, уступая только серебру по проводимости, но гораздо более многочисленной и, следовательно, экономичной.

Поскольку пайка меди может быть затруднена, если не используется флюс (который может оставить после себя коррозионные остатки), ее обычно лужят или покрывают, если она предназначена для пайки.(Это не исключает использования флюса, но покрытие облегчает пайку и в целом обеспечивает некоторую защиту от коррозии.)

Медь без покрытия идеально подходит для заделки под давлением (опрессовка и т. д.), при которой происходит окисление поверхности.

Меньший вес алюминия

позволяет предположить, что он предпочтительнее для авиационной промышленности, заботящейся о весе. Его вес составляет примерно 1/3 веса меди, и даже с его меньшей проводимостью он работает лучше, чем медь, в пересчете на фунт почти в 2:1.

Так почему же алюминий не предпочтительнее? Начнем с того, что физические свойства проволоки — это только часть истории. Несколько лет назад, когда медь была в дефиците, для проводки в жилых помещениях часто выбирали алюминий. Что в то время не было полностью оценено, так это серьезные последствия гальванической реакции между алюминием и латунными или медными фитингами или клеммами в присутствии влаги. Это вызовет коррозию, которая вызовет отказ в соединении либо в виде разомкнутой цепи, либо, что еще хуже, в виде высокого сопротивления, что породило множество пожаров.Алюминий оказался гальванически слишком агрессивным для прямого контакта с медью или латунью. [ Таблица 2  перечисляет металлы в соответствии с их гальваническим рангом.]

Такая же проблема существует и в других схемах. Если бы все выводы были заменены на алюминиевые, гальваническая проблема могла бы быть решена, но это относилось бы ко всем штырям, клеммам, контактам и проводящей аппаратуре, а существует множество существующих систем, которые нуждаются в адаптации. Кроме того, алюминий образует на своей поверхности твердый слой оксидов, и для хорошего электрического соединения его необходимо проколоть.

Несмотря на то, что это второе лучшее решение, существуют биметаллические («AL/CU») адаптеры, которые соединяют алюминиевые и медные проводники, где замена электропроводки в доме нецелесообразна. Они решают проблему гальванического воздействия, которая ставит под угрозу пожарную безопасность.

Еще один серьезный недостаток алюминия заключается в том, что его нельзя легко паять или покрывать металлом для улучшения паяемости.

Все это может свидетельствовать о том, что алюминий не может использоваться в электрических системах, не говоря уже о самолетах. Не так. По правде говоря, алюминий одобрен для использования в воздухе калибром 6 AWG или больше. Это нацелено на силовые приложения, а не на системы авионики. При высоких токах, характерных для больших проводников, таких как эти, последствия возможной коррозии в некоторой степени компенсируются самим током.

Серебро  проводит лучше, чем медь, хотя значительно дороже.В результате его часто используют в качестве покрытия для меди, чтобы улучшить проводимость кожи и обеспечить некоторую защиту от коррозии. Это имеет особое значение на очень высоких частотах, когда ток более склонен концентрироваться на «коже» проводника, явление, называемое скин-эффектом. Серебро также легко паяется.

Олово обеспечивает защиту медного проводника от коррозии, но не оказывает заметного влияния на его проводимость. Это, конечно, в высшей степени поддается пайке.Проводник, который «лужят», на самом деле может быть покрыт свинцово-оловянным сплавом — припоем.

Золото , хотя и дорогое, представляет собой обычное покрытие для латунных контактов разъемов, коаксиальных контактов ARINC и частей некоторых других разъемов. По сути, это покрытие является предпочтительным из-за его превосходных свойств коррозионной стойкости в приложениях, где может быть большое воздействие. Золото также является хорошим проводником и легко паяется.

В таблице 3 перечислены некоторые распространенные проводящие материалы и их свойства, как абсолютные, так и относительно меди.

Материалы оболочки и диэлектрика

Температурные характеристики изоляции

ПВХ

— плохой выбор для изоляции проводов и кабелей в самолетах — позиция, подтвержденная FAA. Другие хорошие и одобренные варианты существуют и легко доступны.

Номинальные температуры отражают диапазон, в котором будет поддерживаться целостность изоляции — достаточно гибкая в холодном состоянии и не подверженная размягчению или разрушению в верхней части шкалы.Следует отметить, что предельная температура должна учитывать повышение температуры, вызванное рассеянием мощности в самом проводнике.

Хотя ожидается, что большая часть бортовой проводки не выдержит воздействия экстремальных номинальных температур, такие характеристики обеспечивают меру «запаса» для обеспечения безопасности в случае пожара или неисправности.

Другие изоляционные свойства, вызывающие озабоченность, в зависимости от приложений, включают диэлектрическую постоянную, которая определяет потери, взаимную емкость (между проводниками), импеданс, скорость распространения и т. д.[См. Фактор скорости ]

Наиболее распространенные материалы для изоляции проводов и кабелей, утвержденные и общепринятые для использования в самолетах, относятся к семейству Teflon® — известной торговой марке фторполимеров, в которую входят, например, PTFE, ETFE (также известный как Tefzel®), TFE и FEP. .

Провода

MIL-W-22759 имеют изоляцию из TFE или Tefzel®. Изоляция из ТФЭ рассчитана на верхний диапазон температур окружающей среды от +200°C до +260°C, в зависимости от толщины изоляции и материалов проводников.Tefzel® обычно рассчитан на температуру +150°C. Оба подходят для -65°C, что может быть реализовано в непосредственной близости от кожи на больших высотах.

Проблемы с температурой/производительностью

Есть несколько старых «резервных» коаксиальных кабелей — например, RG58 и RG214 — и несколько новых кабелей с малыми потерями, которые могут вызвать серьезные проблемы с производительностью в системах авионики. Их полезность ограничена использованием полиэтилена в качестве диэлектрического материала. Это приводит к номинальной температуре, как правило, 85°C (что равняется 185°F), что, на первый взгляд, может показаться вполне адекватным.

Но бортовые системы намного надежнее обслуживаются кабелями, рассчитанными на 200°C. Теперь 200 ° C — это колоссальные 394 ° F — достаточно жарко, чтобы расплавить припой! Конечно, намного выше человеческой терпимости. Итак, не будет ли излишним указывать (и платить за) кабели с номиналом 200°? Решительно нет. И вот почему.

Многие специалисты по авионике знают — если не из науки, то из опыта — что использование «высокотемпературных» кабелей предпочтительнее менее дорогих коаксиальных кабелей. Причина в производительности — может быть, не в начале, а с течением времени.

Во многих самолетах кабели проходят через планер в местах, которые могут нагреваться намного сильнее, чем в кабине. Несмотря на то, что при контакте с воздуховодами, брандмауэрами двигателей и других горячих точках или в непосредственной близости от них температуры не достигают даже 200°C, они нередко испытывают точки соприкосновения с температурой значительно выше 100°C. Именно там может произойти повреждение. Какой ущерб?

Немного предыстории: Коаксиальные кабели по определению являются коаксиальными, то есть цилиндр экрана и поперечное сечение центрального проводника имеют одну и ту же ось.Пространство [диэлектрик] между ними везде одинаковое. Идеально.

Диэлектрические материалы с более низкой температурой размягчаются при относительно низких температурах, и центральный проводник неизбежно смещается от центра к экрану, в направлении силы тяжести или внутрь изгиба кабеля. В таком случае «соосность» смещается от оси, и нарушается концентричность, необходимая для поддержания импеданса. Это необратимо и лишь часть ущерба, который может произойти.

Другая часть находится в коробке.В случае с приемником изменения импеданса могут вызвать ослабление сигнала — возможно, вплоть до потери полезности.

В случае с передатчиком все может быть еще хуже. Отражение мощности [измеряемое как КСВ или коэффициент стоячей волны] возвращается прямо на заключительный этап, производя тепло… а тепло — заклятый враг всех электронных компонентов. Это приглашение на скамейку для ремонта. Вы знаете кого-нибудь, кто предпочел бы заплатить за ремонт, чем скромную дополнительную плату за кабель, рассчитанный на 200°C?

Кабели, в которых используются диэлектрические материалы из полиэтилена (PE), рассчитанные на температуру 85°C, становятся мягкими при температурах, обычных для изолированных мест в самолете.В некоторых кабелях с низкими потерями используется вспененный полиэтилен, который изначально мягкий. Прокладка кабелей с особым вниманием к избеганию горячих точек важна в целом, но крайне важна для таких кабелей.

Если так много зависит от целостности кабелей, разве не имеет смысла всегда использовать лучший выбор?

Кабельные наконечники

: какой из них подходит?

Стандарты также распространяются на электрические и механические свойства кабельных наконечников. В данном конкретном случае применяется международный стандарт IEC 61238-1, часть 1.В нем указаны испытания, которые должно пройти электрическое соединение, чтобы обеспечить долгосрочную безопасную работу по назначению. Для этого электрические соединения должны пройти различные испытания. Это включает в себя испытание на электрическую прочность наряду с испытанием на механическое растяжение. Тестовый цикл имитирует практическое применение этого теста.

Электричество используется для нагрева соединения в 1000 раз до прибл. 120 °C для искусственного старения. Контактное сопротивление проверяется через равные промежутки времени между испытаниями.Также проводятся шесть сильноточных испытаний, при которых проводник нагревается до прибл. 250°C за одну секунду благодаря короткому замыканию. Это сильноточное испытание требуется, если разъем должен быть проверен на предмет защиты от короткого замыкания. Соединительный материал Klauke также прошел это испытание. Обжимное соединение выдерживает испытание, если контактное сопротивление на всем протяжении остается постоянным.

Производители несут ответственность за обеспечение безопасности своих соединений.Благодаря этим дополнительным испытаниям вы можете быть уверены, что наш соединительный материал соответствует самым высоким требованиям. Кроме того, значительное количество наших материалов протестировано и сертифицировано UL. Это особенно полезно, например, когда шкафы управления должны поставляться в Северную Америку.

Однако мы также предъявляем к качеству нашей продукции дополнительные требования, выходящие за рамки этих стандартных требований. Кабельные наконечники производства Klauke отжигаются на дополнительном производственном этапе.Это означает, что мы можем уменьшить любое затвердевание и напряжение в материале, а также уменьшить риск поломки во время опрессовки. №

Качество наших кабельных наконечников видно уже по их внешнему виду. Производство без заусенцев и неизменно ровная ладонь являются признаками высокого качества продукта, равно как и чистая окончательная обработка трубной секции.

Размеры и типы проводников, методы прокладки проводов, соединения проводов, падение напряжения, размеры нейтрального проводника для служб [часть 1]



ЦЕЛИ

• определить токонесущую способность (силу тока) проводников.

• понять защиту от перегрузки по току для проводников и максимальную нагрузку ответвления цепи.

• понимать алюминиевые проводники и возможную опасность возгорания, если они не установлен должным образом.

• знать требования NEC к установке для всех типов кабелей и кабельных каналов.

• понимать специальные номиналы токоведущих проводов служебных вводов.

• выполнить расчет падения напряжения.

• Изучите альтернативный метод экономии времени и средств, позволяющий кабели в верхней части панели поверхностного монтажа.

ПРОВОДНИКИ

В этом тексте все ссылки на проводники относятся к медным проводникам. если не указано иное.

Размер провода

Медная проволока, используемая в электроустановках, классифицируется по размеру в соответствии с соответствует стандарту American Wire Gauge (AWG). Диаметр провода в стандарте AWG выражается целым числом. Чем выше номер AWG, тем меньше провод. Размеры AWG варьируются от тонкой, похожей на волос проволоки, используемой в катушках и небольших трансформаторах. к проводу очень большого диаметра, необходимому в промышленной электропроводке для работы с большими нагрузками.

Провод может быть одножильным (одножильным) или состоять из множества пряди. Каждая жила провода действует как отдельная проводящая единица. Размер провода используемая для цепи, зависит от максимального тока, который необходимо нести. НЭК в В таблице 210.24 показано, что минимальный размер проводника для ответвленной цепи составляет 14 AWG. Для проводки звонка, термостата допускается использование проводников меньшего сечения. проводка, проводка связи, проводка внутренней связи, провода светильников и т.п. низкоэнергетические цепи.

Не запутайтесь!

Раньше размер проводника отображался, например, как «№ 12 AWG». Этот тот же проводник теперь отображается в NEC как «12 AWG». «12» это размер, а не количество.

В таблице 1 показаны типичные области применения для проводников разного размера.

Одножильные и многожильные проводники

Для жилых помещений, размеры 14, 12 и 10 Проводники AWG, как правило, сплошные, если используется метод проводки с неметаллической оболочкой. кабель или бронированный кабель.

==============

Таблица 1 Таблица применения проводников.

[Размер проводника

20 AWG 18 AWG 16 AWG 14 AWG 12 AWG 10 AWG 8 AWG 6 AWG 4 AWG 3 AWG и выше ]

[ Защита от перегрузки по току

Трансформаторы цепи

класса 2 обеспечивают защиту от перегрузки по току; см. статью 725.

Трансформаторы цепи

класса 2 обеспечивают защиту от перегрузки по току; см. статью 725. Цепи управления двигателем на 7 ампер см. в таблице 430.72(B).

Трансформаторы цепи

класса 2 обеспечивают защиту от перегрузки по току; см. статью 725.Цепи управления двигателем на 10 ампер см. в таблице 430.72(B).

15 ампер 20 ампер 30 ампер 40 ампер 50 ампер 70 ампер 100 ампер

]

[

Типичные области применения:

(Проверьте мощность и/или номинальный ток нагрузки, чтобы выбрать проводники правильного размера на основе Таблицы 310. 15(B)(16).) Телефонная проводка обычно имеет калибр 20 или 22 AWG.

Низковольтная проводка для термостатов, звонков, охраны, дистанционного управления, дома системы автоматизации и др.Для этих типов установок используются проводники 18 или 20 AWG. может использоваться в зависимости от подключенной нагрузки и длины цепи.

Те же приложения, что и выше. Хорошо подходит для длинных пробегов, чтобы свести к минимуму падение напряжения.

Типовые распределительные цепи освещения.

Ответвительные цепи малых электроприборов для розеток на кухнях и столовых номера. Также емкости для стирки, ванные комнаты и емкости для мастерских. Часто используется в качестве «хоумрана» для освещения распределительных цепей. Некоторые водонагреватели.

Большинство сушилок для белья, встроенные духовки, варочные панели, некоторые центральные кондиционеры, некоторые водонагреватели, некоторые тепловые насосы.

Плиты, печи, тепловые насосы, некоторые большие сушилки для белья, большие центральные кондиционеры, тепловые насосы.

Электрические плиты, электропечи, тепловые насосы.

Электропечи, питатели к подпанелям.

Проводники магистральные вводные, фидеры к подпанелям, электропечам.

]

==============

В кабелепроводе предпочтительно использовать многожильные проводники 10 AWG, потому что гибкости и легкости в обращении и протягивании проводников.

NEC 310.106(C) требует, чтобы проводники, если это не разрешено в другом месте Кодекса, 8 AWG и больше должны быть скручены при установке в кабелепроводе.

Мощность

Сила тока означает максимальный ток в амперах, который может нести проводник. постоянно в условиях использования без превышения его температуры номинал.* Это значение зависит от площади поперечного сечения проводника, будь то проводник медный или алюминиевый, а тип изоляции вокруг проводник.Значения силы тока, также называемые допустимой нагрузкой по току, находятся в статье 310. Наиболее часто используемые значения токов проводников находятся в таблице 310. 15(B)(16).

Допустимые значения мощности в таблицах действительны там, где больше нет чем три токонесущих проводника в кабелепроводе или кабеле и где температура не превышает 86°F (30°C). Эти условия считаются пользы для проводников.

При наличии более трех токонесущих проводников в дорожке качения или кабель, допустимые значения силы тока корректируются в соответствии с факторами в таблице 310.15(В)(3)(а).

Когда температура окружающей среды превышает 86°F (30°C), допустимые значения корректируются в соответствии с коэффициентами, указанными в таблице 310.15(B)(2(a).

Если присутствуют оба условия, то оба штрафа (корректировка и исправление факторы) должны применяться.

Подробнее о токах проводников, снижении номинальных характеристик, регулировке и поправочных коэффициентах представлена ​​в разделе 18.

Проводники должны иметь допустимую нагрузку не менее максимальной нагрузки, которую они подают, как показано на фиг. 1. Все проводники конкретной ветки цепь должна иметь номинальную мощность ответвленной цепи, как показано на РИС. 2. Из этого правила есть исключения, например краны для электрических плит (см. Раздел 20).

Допустимая нагрузка гибких шнуров В таблице 2 показаны допустимые нагрузки для некоторых размеры гибких шнуров. См. таблицу 400.5(A) (1) и (A)(2) в NEC. для других конкретных типов и размеров гибких шнуров.

Требования к защите от перегрузки по току

для удлинителей содержатся в NEC 240.5.


РИС. 1 Проводники ответвленной цепи должны иметь допустимую нагрузку не менее максимальная обслуживаемая нагрузка, 210.19(A). См. 210.23 для допустимых нагрузок.


РИС. 2 Все проводники в этой цепи, питающей розетки, должны иметь мощность не менее номинала ответвленной цепи.

В этом примере необходимо использовать проводники на 20 ампер; см. NEC 210.19(A)(2) и Таблица 210.24.

Размер проводника

Диаметр проволоки обычно указывается в милах. Мил определяется как одна тысячная дюйма (0,001 дюйма). Мили в квадрате известны как круговые мил.

Таблица 8 в разделе 9 NEC ясно показывает, что проводники выражены в номерах AWG от 18 (1620 круговых мил) до 4/0 (211 600 круговых мил). Размер проволоки более 4/0 выражается в круговых милах.

Большие проводники, такие как 500 000 круговых мил, обычно выражаются как 500 тыс.смил. Поскольку буква «k» обозначает 1000, термин kcmil означает «тысяча круговых мил.«Это гораздо легче выразить в как письменные, так и устные термины.

Таблица 2 Допустимая нагрузка на гибкие шнуры.

В старых текстах использовался термин MCM, который также означает «тысяча круговых мил». То первая буква «М» относится к римской цифре, обозначающей 1000. Таким образом, 500 MCM означает то же самое, что и 500 тыс. кубометров.

Римские цифры больше не используются в электротехнической промышленности для обозначения размеры проводника.

Защита от перегрузки по току для проводников

Проводники должны быть защищены от перегрузки по току предохранителями или автоматическими выключателями. номинальная не более, чем сила тока проводников, NEC 240.4.

NEC 240.4(B) разрешает использование устройства максимального тока следующего более высокого стандарта. рейтинг, как показано в 240.6(A). Это разрешение предоставляется только тогда, когда перегрузка по току Устройство рассчитано на 800 ампер или менее.

Например, из таблицы 310.15(B)(16), проводник 6 AWG с изоляцией типа THWN. рассчитанный на 75°C, имеет допустимую силу тока 65 ампер.

В 240.6(A) мы находим, что следующее более высокое стандартное значение для перегрузки по току прибор 70 ампер.

Допускаются также нестандартные номиналы предохранителей и автоматических выключателей.

NEC 240.4(D) определяет максимальную защиту от перегрузки по току для малых ответвлений. проводники.

Таблица 3 иллюстрирует требования 240.4(D).

Существуют исключения для ответвлений двигателя и оборудования HVAC. Цепи двигателя обсуждаются в Разделе 19 и Разделе 22. Цепи HVAC обсуждаются в Раздел 23.

Таблица 3 Максимальная защита от перегрузки по току для медных проводников 14, 12 и 10 AWG.

Номинал отводной цепи

Номинал устройства максимального тока (OCD) определяет номинал ответвления цепь, как показано на фиг.3.


РИС. 3 Все три из этих ответвленных цепей рассчитаны на 15-амперные цепи, даже несмотря на то, что проводники большего размера использовались по какой-то другой причине, например, для решения проблема с падением напряжения. Номинал устройства максимального тока (OCD) определяет рейтинг ответвления, 210.3.

ДОПУСТИМЫЕ НАГРУЗКИ НА ОТВОДНЫХ ЦЕПЯХ (210.23)

NEC очень конкретно определяет нагрузки, разрешенные для ответвленных цепей. Здесь является кратким изложением этих требований.

• Нагрузка не должна превышать номинальную мощность ответвленной цепи.

• Ответвленная цепь должна быть рассчитана на 15, 20, 30, 40 или 50 ампер при обслуживании. две или более розеток, NEC 210. 3.

• Отдельный ответвленный контур может питать нагрузку любого размера.

• ответвления на 15 и 20 ампер

а. может обеспечивать освещение, другое оборудование или оба типа нагрузок.

б. для оборудования, подключаемого шнуром и вилкой, не должна превышать 80 % площади ответвленной цепи. рейтинг.

в. для оборудования, закрепленного на месте, не должна превышать 50 % площади ответвленной цепи. номинал, если ответвленная цепь также питает освещение, другое подключение с помощью шнура и вилки оборудование, или оба типа нагрузки.

• 20-амперные электрические цепи в домах не должны питать другие нагрузки, НЭК 210.11(С)(1).

• 30-амперные ответвления могут питать такое оборудование, как сушилки, варочные панели, водонагреватели и так далее. Оборудование, подключенное к шнуру и вилке, не должно превышать 80% от номинала ответвленной цепи.

• 40- и 50-амперные ответвления могут питать закрепленное кухонное оборудование. на месте, такие как электрическая плита, а также оборудование HVAC.

• Отводные цепи с номиналом более 50 ампер предназначены для электропечей, больших тепловых электростанций. насосы, оборудование для кондиционирования воздуха, большие двойные печи и аналогичные большие нагрузки.

АЛЮМИНИЕВЫЕ ПРОВОДНИКИ

Электропроводность алюминия не так велика, как у меди для данного размер. Например, проверка Таблицы 310.15(B)(16), медь 8 AWG типа THHN проводник имеет допустимую силу тока 55 ампер.

Алюминиевый или омедненный алюминиевый проводник 8 AWG типа THHN имеет допустимую на 45 ампер.

В 240.4(D) максимальная токовая защита для медного проводника 12 AWG. составляет 20 ампер, но только 15 ампер для алюминия 12 AWG или алюминия с медным покрытием проводник.

Алюминиевые жилы имеют более высокое сопротивление по сравнению с медными жилами. того же размера.

При рассмотрении падения напряжения ключевым фактором является сопротивление проводника. Расчеты падения напряжения обсуждаются далее в этом разделе.

Распространенные проблемы с подключением Некоторые распространенные проблемы, связанные с алюминиевыми проводниками при неправильном подключении можно резюмировать следующим образом:

• Коррозионное действие возникает при контакте разнородных проводов с друг друга при наличии влаги.

• Поверхность алюминия окисляется при контакте с воздухом. Если это окисленная поверхность не проникает, получается плохое соединение.При установке алюминиевые жилы, особенно больших размеров, ингибитор (антиоксидант) наносится щеткой на алюминиевый проводник, а затем проводник царапается жесткая щетка, где должно быть выполнено соединение. Процесс соскабливания проводник прорывает окисление, а ингибитор удерживает воздух от контакт с проводником. Таким образом предотвращается дальнейшее окисление. Алюминиевые соединители компрессионного типа обычно имеют ингибиторную пасту. уже установлен на заводе внутри разъема.

• Алюминиевая проволока расширяется и сжимается в большей степени, чем медная. провода для равной нагрузки. Это называется ползучестью или холодным течением.

Этот фактор является еще одной возможной причиной плохого соединения. Обжимные соединители для алюминиевых проводников обычно длиннее, чем для сопоставимых медных проводников, что приводит к большей контактной поверхности проводника в разъем.

• Алюминий более старой технологии, такой как Alloy 1350, испытывал вышеуказанные проблемы.

Алюминий с более новой технологией, такой как AA-8000, имеет гораздо лучшую проводимость, сопротивление ползучести и прочность. Тем не менее, следует соблюдать крайнюю осторожность при прекращении алюминиевые проводники. Производитель алюминиевого проводника или соединителя предоставит подробную инструкцию по установке.

Надлежащие процедуры установки

Для правильного и безотказного соединения алюминиевых проводников требуются клеммы, наконечники и/или соединители, подходящие для типа устанавливаемого проводника.

Клеммы розеток и выключателей должны подходить к проводникам. будучи прикрепленным.

В таблице 4 показано, как электрик может идентифицировать эти клеммы. Перечисленные разъемы обеспечить правильное соединение при правильной установке. См. NEC 110.14, 404.14(C), и 406,2(С).

Электрические пожары, вызванные неправильным подключением алюминиевых проводников

Многие электрические пожары были вызваны неправильными соединениями и выводами. из алюминиевых проводников.Чаще всего проблема не в алюминиевых проводниках. Проблема в соединениях и выводах.

Многие из этих проблем возникали в основании измерителя и на главной панели, где алюминиевые служебные проводники были установлены много лет назад. В ходе время, соединения не удалось. Неприятности случались и там, где алюминиевые проводники были подключены к розеткам и выключателям.

Комиссия по безопасности потребительских товаров (CPSC) (Вашингтон, округ Колумбия, 20207) публикует отличный бесплатный буклет (№ 516) под названием «Ремонт алюминиевой проводки», в котором объясняется что вы можете сделать с соединениями и наконечниками для небольших алюминиевых проводов которые были установлены много лет назад для ответвления проводки розеток и переключатели.

CPSC заявляет, что старые дома, подключенные к алюминиевым проводникам, в 55 раз с большей вероятностью будет иметь одно или несколько соединений, достигающих уровня «Опасность пожара». Условия», чем дома с медной проводкой.

Таблица 4 Маркировка клемм и допустимые типы проводников разрешено подключать к определенному типу терминала.

Хотя NEC, особенно в 110.5, 110.14, 240.4(D), 310.106(B), таблица 310.15(B)(16), и других сечений, распознает алюминиевые жилы размером 12 AWG и больше, есть некоторые местные электротехнические правила, которые не разрешают использование алюминиевых проводников. для использования в размерах ответвления.Проверьте это перед использованием алюминиевых проводников.

Некоторые из признаков потенциальных проблем могут быть

• настенные выключатели и розетки, теплые на ощупь.

• запах горелого пластика или резины на выключателях, розетке, главной панели, или метр.

• мерцающие огни.

• Свет становится ярким или тусклым.

• схемы, которые не работают; одни цепи включены, другие выключены.

• Телевизор переключается на другой канал без видимой причины.

• приборы с электронным управлением, отключающие или изменяющие настройки для без видимой причины.

• Система безопасности отключилась без видимой причины.

Проводные соединения

Соединители для проводов известны в торговле под такими названиями, как винтовые клеммы, нажимные терминальный соединитель, проводной соединитель, барашковая гайка, проволочная гайка, Scotchlok, Twister, соединитель с разъемным болтом, соединитель кабеля давления, наконечник без пайки, наконечник для пайки, наконечник для пайки и другие.

На всех коробках и в документации производителей указаны размер, количество и типы разрешенных проводников.

Наконечники и соединители под пайку редко, если вообще используются сегодня. По факту, соединения, зависящие от пайки, не допускаются для соединения служебного ввода проводники к сервисному оборудованию, 230. 81. Также не допускается использование припоя для заземления. и клеевые соединения, 250.8. Затраты на оплату труда и затраченное время делают использование паяные соединения запрещены.

Беспаечные соединители, предназначенные для установки электрических соединений в соответствии с Кодексом. показаны на фиг.4.

Как и клеммы на электромонтажных устройствах (выключатели и розетки), соединители проводов должны иметь маркировку «AL», если они используются с алюминиевыми проводниками. Эта маркировка находится на самом разъеме или на транспортной упаковке. коробка.

Разъемы с маркировкой «AL/CU» подходят для использования с алюминием, медью, или медные алюминиевые проводники. Эта маркировка находится на разъеме сам по себе, или он появляется на транспортной коробке или внутри нее.

Разъемы без маркировки «AL» или «AL/CU» предназначены для использования с только медные жилы.

Если специально не указано на транспортной коробке или на разъеме сами по себе, проводники из меди, алюминия или алюминия с медным покрытием не могут использоваться в комбинации в одном разъеме.

Когда разрешены комбинации, разъем будет идентифицирован для цели и условий, когда и где они могут быть использованы. Условия обычно ограничиваются только сухими местами.

Есть несколько соединителей проводов с закручиванием, которые недавно были сертифицирован для использования с комбинациями медных и алюминиевых проводников.

Предыдущие данные можно найти в 110.14 и в Underwriters Laboratories. (UL) Стандарты.

При заделке больших проводников, таких как проводники служебных входов, Обязательно прочитайте все инструкции, которые могут быть включены в комплект оборудования, где эти проводники будут терминированы. Заделки для всех электрических соединений к устройствам и оборудованию должны быть затянуты с моментом, требуемым производитель такого электрического устройства или оборудования, 110.12(D).

Старые дома с алюминиевыми проводами

Если вы встретите дом с алюминиевыми проводами, то, вероятно, проводной назад в середине шестидесятых или в начале семидесятых. Вы, скорее всего, найдете проблемы, когда проводники заканчиваются на выключателях и розетках. Брать особая осторожность при замене выключателей и розеток или выполнении сращиваний. Используйте электромонтажные устройства с маркировкой AL/CU. Также можно использовать специальные «косички», предназначенные для соединения алюминиевых и медных проводников и клемм.Одним из таких соединителей является COPALUM — компрессионный (обжимной) соединитель. Нанесите антиоксидант к сращиванию или соединению в соответствии с рекомендациями производителя соединителя.

==========


РИС. 4 типа разъемов для проводов.

Обжимные соединители, используемые для сращивания и заделки соединений алюминия с алюминием от 20 AWG до 500 тыс.смил, алюминий-медь или медь-медь.

Соединители, используемые для соединения проводов в комбинациях 18 AWG через Провода 6 AWG.

Они накручиваются, не имеют пайки и ленты.

*Wire-Nut, ® Wing-Nut, ® и Twister ® являются зарегистрированными товарными знаками Ideal. Industries, Inc. Scotchlok® является зарегистрированной торговой маркой 3M.

Соединители, используемые для соединения проводов в комбинациях 16, 14 и 12. проводники AWG.

Они обжимаются специальным инструментом, затем закрываются защелкивающейся изоляционной крышка.

Разъемы без пайки

доступны в размерах от 4 AWG до 500 тыс.смил проводников.Они используются только для одного одножильного или одного многожильного провода, если не указано иное. указано на разъеме или на транспортной коробке. Винт может быть стандартным шлицевая отвертка или может использоваться с шестигранным ключом или торцевой головкой гаечный ключ. Компрессионные соединители используются для проводов от 8 AWG до 1000 тыс.смил. Провод вставляется в конец разъема, затем обжимается специальный компрессионный инструмент. Разъёмные соединители используются для соединения двух проводников вместе или для отвода одного проводника от другого.Они доступны в размерах от 10 AWG до 1000 тыс. смил. Они используются для двух сплошных и/или двух только многожильные провода, если иное не указано на разъеме или на его транспортировочная коробка.

==========

ИЗОЛЯЦИЯ ПРОВОДНИКОВ

NEC обычно требует, чтобы все проводники были изолированы, 310.106(D). Там есть несколько исключений, таких как разрешение на использование оголенного нейтрального проводника для обслуживания и неизолированные заземляющие проводники оборудования.

NEC Таблица 310.104(A) показаны многие типы проводников, их применение и изоляция. Чаще всего используются проводники из термопласта. и термореактивные категории.

Изоляция. Таблица 310.15(B)(7) представляет собой таблицу токов проводников, больше, чем указанные в таблице 310.15(B)(16). Эта таблица разрешена используется только для жилого помещения 120/240 вольт, 3-х проводная, однофазная служебная проводники, служебно-боковые проводники и фидерные проводники, служащие основной источник питания в жилой блок. Эта таблица основана на огромном известное разнообразие нагрузок в домах. Эти специальные мощности не должны использоваться для фидерных проводников, не являющихся основным источником питания жилого помещения. Примером этого может быть фидер от основной панели A к панели B в резиденция, обсуждаемая далее в этом тексте.

В Таблице 5 показаны специальные нагрузки, обсуждавшиеся ранее. Эта таблица то же, что и таблица 310.15(B)(7) в NEC.

Изоляция, покрывающая провода и кабели, используемые в домашней электропроводке, обычно оценивается на 600 вольт или меньше.

Исключениями из этого утверждения являются низковольтная проводка и проводка светильников.

Что такое термопластичная изоляция?

==========

Таблица 5 Специальная номинальная мощность для жилых помещений 120/240 В, 3-проводная, однофазная служебно-вводные, служебно-боковые и фидерные которые служат основным источником питания жилой единицы.

Примечания: Там, где проводники будут подвергаться воздействию температур выше 86°F. (30°C), примените поправочные коэффициенты из Таблицы 310.15(В)(2)(а).

Проводники с суффиксом «2», например THWN-2, разрешены для непрерывное использование при температуре 90°C во влажных или сухих помещениях. Хотя эти проводники не могут могут использоваться при их емкостях 90 ° C, более высокие значения могут использоваться для снижения номинальных характеристик. для повышенных температур или для более трех токонесущих жил устанавливается без соблюдения интервала.

==========

Изоляция из термопласта

является наиболее распространенной.

Это как шоколад. Он размякнет и расплавится, если нагреется выше номинальной температуры.Его можно нагревать, плавить и изменять форму. Изоляция из термопласта станет жесткой при температурах ниже 14°F (210°C). Типичные примеры термопластов изоляции относятся к типам THHN, THHW, THW, THWN и TW.

Что такое термореактивная изоляция? Термореактивная изоляция может выдерживать более высокие и более низкие температуры. Это как печь пирог. Как только ингредиенты были смешанный, нагретый и сформированный, он никогда не может быть снова нагрет и изменен. Если нагревается выше номинальной температуры он обугливается и трескается.Типичные примеры термореактивных материалов изоляции относятся к типам RHH, RHW, XHH и XHHW.

В таблице 310.104(A) перечислены различные изоляции проводников и их применение.

Допустимые значения силы тока медных проводников приведены в таблице 310.15(B)(16) для различных типов старых типов изоляции проводников

Несмотря на то, что тип THHN/THWN является наиболее распространенным сегодня проводом в строительстве, старые все еще могут быть обнаружены типы изоляции проводников, такие как типы A, RH, RU, RUH, RUW, T, TW и THW.Некоторые из них все еще отображаются в NEC, но могут больше не производятся. Некоторые из них все еще производятся, но это сложно, если не невозможно, найти в доме электроснабжения.

Другие доступны только по специальному заказу.

Таблица 6 Типичные проводники, используемые для электропроводки в жилых помещениях.

ВЛАЖНЫЕ, ВЛАЖНЫЕ, СУХИЕ И СОЛНЕЧНЫЕ МЕСТА

Проводники перечислены для определенных мест. Убедитесь, что дирижер, которого вы использование подходит для местоположения.В таблице 6 показаны некоторые из наиболее типичных проводники, используемые в домашней электропроводке. Вот несколько определений, взятых непосредственно из НЭК:

• Влажное место. Места, защищенные от непогоды и не подверженные насыщению водой или другими жидкостями, но при условии умеренной влажности. Примеры таких мест относятся частично защищенные места под навесами, тентами, крытые открытые веранды и тому подобные места; и внутренние помещения подлежат умеренной степени влажности, например, некоторые подвалы, некоторые сараи и некоторые склады-холодильники.*

• Сухое место. Место, обычно не подверженное сырости или сырости. А место, классифицируемое как сухое, может временно подвергаться сырости или сырости, как в случае строящегося здания. *

• Влажное место. Установка под землей или в бетонных плитах или кирпичной кладке в прямом контакте с землей; в местах, подверженных насыщению водой или другие жидкости, такие как места для мытья транспортных средств; и в незащищенных местах воздействию погодных условий.* Внутренняя часть дорожек качения, установленных во влажных местах, считается влажным местом.Изолированные жилы и кабели в этих местах должны быть перечислены для влажных мест. См. NEC 300.5(B), 300.9 и 310.10(C).

• Места, подверженные воздействию прямых солнечных лучей. Используемые изолированные жилы и кабели места, подверженные воздействию прямых солнечных лучей, должны быть перечислены или перечислены и отмечены как «устойчивый к солнечному свету». См. NEC 310.10(D), 310.15(A)(3), 310.104, и Таблица 310.104(A) для получения дополнительной информации.

Номинальные температуры изоляции проводника

Проводники также классифицируются по температуре, которую может выдержать их система изоляции. выдержать.Несмотря на то, что NEC обеспечивает температуру проводников в градусах Фаренгейта, они не используются в электротехнической промышленности.

Для обозначения температурного диапазона используются только значения температуры в градусах Цельсия. изоляции. Температурный диапазон изоляции проводников, обычно используемых в жилой электропроводке:

Цельсия |

градусов по Фаренгейту

Тип TW 60° 140°

Тип THWN 75° 167°

Тип THHN 90° 194°

Бесспорно, проводники с изоляцией типа THHN/THWN являются наиболее популярны и чаще всего используются, особенно в меньших размерах, потому что малого диаметра (удобны в обращении; допускается большее количество проводников данного размера в дорожке качения заданного размера) и их пригодность для установки в местах с высоким встречаются температуры, такие как чердаки, зарытые в изоляцию, и подача встраиваемые светильники.

Номинальная температура кабеля в неметаллической оболочке составляет 90°C. Тем не менее, НЭК 334.80 утверждает, что допустимая мощность соответствует столбцу 60 ° C в таблице. 310,15(В)(16). Разрешается использовать ток при 90°C для снижения номинальных характеристик.

Обозначения нескольких типов

Некоторые проводники указаны для нескольких приложений. Например, проводник с маркировкой THHN/THWN рассчитан на 600 вольт, 90°C при использовании. в сухих местах и ​​600 вольт, 75°C при использовании во влажных местах.Как всегда, прочтите поверхностную маркировку на изоляции проводника, на бирке, на катушка, или на коробке. NEC охватывает проводники для общей проводки в статье 310.

Слабое звено цепи

У проводника два конца! Выбор тока проводника на основе исключительно допустимые значения мощности, приведенные в таблице 310.15(B)(16), являются очень распространенной ошибкой. это может оказаться дорогостоящим.

В любой данной цепи у нас есть набор электрических компонентов, которые имеют разные максимальные температурные показатели. Наша задача – выяснить, какой компонент является «самым слабым звеном» в системе и делаем нашу схему на основе на самом низком номинальном компоненте в цепи. Максимальные температурные показатели можно найти в стандартах NEC и UL.

• Автоматические выключатели: UL 489. Обычно имеют маркировку «Только 75°C» или «60°C/75°C».

• Проводники: Таблица 310.104(A), Таблица 310.15(B)(16) и UL 83.

• Разъединители: UL 98. Обычно имеют маркировку «Только 75°C» или «60°C/75°C».

• Панели: UL 67.Панели обычно имеют маркировку 75°C. Температура номинал щита установлен в сборе с автоматическими выключателями на месте. Не используйте только температурную маркировку автоматических выключателей.

Имеет значение температурная маркировка на узле.

• Розетки и колпачки для вилок: UL 498. Большинство ответвлений на 15 и 20 ампер. цепи имеют розетки, на которых указан размер провода, а не температура рейтинг. В результате температурный рейтинг по умолчанию в NEC 110. 14(С). В результате максимальная температура составляет 60°C. Некоторые 30-амперные розетки рассчитаны на 60°C, а некоторые рассчитаны на 75°C. Большие розетки на 50 ампер номинальная 75°C. Вы захотите проверить маркировку на устройстве.

• Выключатели мгновенного действия: Стандарт безопасности — UL 20. Большинство ответвлений на 15 и 20 ампер. цепи имеют мгновенные выключатели с максимальной номинальной температурой клемм 60°C.

• Устройства и соединители для сращивания проводов: проволочные гайки, барашковые гайки, скручиватели и Scotchloks для медных проводников (UL 486) и для алюминиевых проводников (UL 486B).Эти типы соединителей обычно рассчитаны на температуру 105°C.

Таблица 7 показывает правильное применение проводников и концевых заделок.

Еще одно ключевое требование NEC содержится в 110.14(C), «Ограничения завершения», где находим следующее:

Для цепей с номинальным током 100 ампер или менее или с маркировкой для размеров проводников от 14 до 1 AWG, если не указано иное, клеммы на электроустановочных устройствах, переключателях, выключатели, контроллеры двигателей и другое электрооборудование основаны на допустимая нагрузка проводников 60°C. Допускается установка проводников, имеющих более высокая температура, например, 90°C THHN, но вы должны использовать мощность 60°C ценности.

Таблица 7 Типы допустимых значений температуры проводника для различных клемм Температурные характеристики соответствуют стандартам NEC и UL.

Для цепей с номинальным током более 100 ампер или с маркировкой для проводов больше 1 AWG, установленные проводники должны иметь минимальный номинал 75°C. Вместимость проводников основано на значениях 75°C.Допустимо установить проводники с более высокой температурой, такие как 90°C THHN, но вы должны используйте значения емкости 75°C.

При использовании высокотемпературных изолированных проводников, где поправочные коэффициенты должны быть применены, такие как снижение номинальных характеристик более чем на три

токонесущие проводники в кабелепроводе или кабеле или исправление там, где они высокие температуры, окончательные результаты этих регулировок (в амперах) должны соответствовать требованиям 110. 14(С). Аналогичные требования встречаются в стандартах UL.

Примеры применения понижающих и поправочных коэффициентов приведены в Раздел 18.

Температурные характеристики проводников и кабелей обсуждаются далее в этом разделе.

В 240.4(D) имеется встроенное ограничение соответствия кода для применения небольших проводники ответвления. Здесь мы находим, что максимальная токовая защита составляет 15 ампер для 14 AWG, 20 ампер для 12 AWG и 30 ампер для 10 AWG.

Из таблицы 310.15(B)(16) находим, что:

• Допустимая сила тока медных проводников 14 AWG составляет 15 ампер при температуре столбца 60°C. 20 ампер в колонке 75°C 25 ампер в колонке 90°C

• Допустимая сила тока медных проводников 12 AWG составляет 20 ампер при температуре столбца 60°C. 25 ампер в колонке 75°C 30 ампер в колонке 90°C

• Допустимая сила тока медных проводников 10 AWG составляет 30 ампер в столбце с температурой 60°C. 35 ампер в столбце 75°C 40 ампер в столбце 90°C Есть исключения к этому максимальному правилу защиты от перегрузки по току для двигателя, кондиционера и ответвления тепловых насосов. Эти исключения рассматриваются в других частях этого текста.

Таким образом, мы не можем произвольно использовать значения силы тока для проводников как можно найти в таблице 310.15(B)(16). Токопроводящая нагрузка не является «самостоятельной» проблемой. Мы также должны учитывать температурные ограничения оборудования, такие как щиты, розетки, защелкивающиеся выключатели, розетки, соединители и так далее. Самое низкое максимальное температурное номинальное устройство в электрической системе — это самое слабое звено, и это самое слабое звено, на котором мы должны основывать нашу окончательную решение по току проводника и изоляции проводника.

Электропроводка с ручкой и трубкой

Старые дома были подключены к открытым, отдельным изолированным проводникам, поддерживаемым фарфоровыми ручками и трубками. В свое время проводка с ручкой и трубкой служила своей цели. Что ж. Этот текст не распространяется на проводку ручек и трубок, потому что этот метод больше не используется в новом строительстве. Иногда необходимо сделать некоторые модификации проводки с ручкой и трубкой при выполнении ремонтных работ. NEC охватывает этот метод проводки в статье 394.

Будьте осторожны при работе со старой проводкой с ручкой и трубкой.Вы, возможно, найдете старая резиновая изоляция на проводниках рассохлась и стала ломкой от многолетнее тепло, выделяемое светильниками и из-за сильной жары на чердаках, особенно когда проводники полностью погружены в теплоизоляцию. Изоляция проводника может развалиться при прикосновении или перемещении. Это потенциальная опасность возгорания! Если вы обнаружите эту ситуацию, одно из решений — сдвинуть изоляцию. (термоусадочная) трубка (доступна у дистрибьюторов электроэнергии) поверх проводников для их повторной изоляции.

РИС. 5 представляет собой фотографию типичной проводки с ручкой и трубкой 1930-х годов.


РИС. 5 Фотография типичной проводки с ручкой и трубкой 1930-х годов.


РИС. 6 Диаграмма, показывающая линейные и линейные нагрузки.

Размер нейтрального проводника

РИС. 6 показано, как подключаются нагрузки между фазами и нагрузки между фазами и нейтралью. Заземленная нейтральная (белая) жила для бытовых сетей и фидеров допускается быть меньше, чем «горячая» незаземленная фаза (черный, красный) проводники L1 и L2 только тогда, когда нейтральный провод правильно и адекватно рассчитаны на максимальную дисбалансную нагрузку, рассчитанную в соответствии с NEC 215.2, 220,61 и 230,42.

NEC 215.2 относится к фидерам и отсылает нас к статье 220 для расчета требования.

NEC 230.42 относится к услугам и отсылает нас к статье 220 для расчета. требования.

Ориентируясь на нейтральный проводник, 220.61 указывает, что фидер или сервис нейтральная нагрузка должна быть максимальной неуравновешенностью нагрузки, определяемой этим Статья.

NEC 220.61 далее говорится, что максимальная несбалансированная нагрузка должна быть максимальной чистая расчетная нагрузка между нейтралью и любым незаземленным проводником.

В типичном жилом доме мы находим ряд грузов, которые мало или вообще не несут нейтральный ток, такой как электрический водонагреватель, электрическая сушилка для белья, электрическая духовка и плита, электрическая печь и кондиционер.

Проверка РИС. 6 вы можете легко видеть, что нагрузка (C) подключена к прямой 240 вольт, 2-х проводная цепь, ток нейтрали отсутствует. Обратите внимание, что нагрузка (E) составляет подключен к 3-проводной цепи 120/240 вольт, и в этом подключении 120-вольтовая двигатель (M) приведет к тому, что ток будет течь в нейтральном проводнике.Нагрузки (В) 120-вольтовые нагрузки, которые подключены к нейтрали.

Таким образом, мы находим логику в NEC, которая позволяет уменьшить нейтральный проводник размер на линиях и фидерах, где расчеты доказывают, что нейтраль проводник будет нести меньший ток, чем «горячие» фазные проводники.

См. раздел 20 для определения размеров нейтральных проводников ответвленных цепей электрической плиты. и Раздел 29 для определения размеров нейтральных проводников служебного ввода.

ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Низкое напряжение может привести к тусклому освещению, «сжатию» некоторых телевизионных изображений, моторам. нагреваться, электронагреватели не выдают своей номинальной тепловой мощности, а бытовые приборы не работать должным образом.

Низкое напряжение в доме может быть вызвано

• провод слишком мал для обслуживаемой нагрузки.

• Слишком длинный контур.

• плохой контакт на клеммах.

• проводники, работающие при высоких температурах, имеющие более высокое сопротивление, чем при работе при более низких температурах.

Простая формула для расчета падения напряжения в однофазных системах учитывает только сопротивление проводников постоянному току и температура проводника.См. Таблицу 8, Раздел 9, в NEC для значений сопротивления постоянному току. Чем точнее формулы учитывают сопротивление переменному току, реактивное сопротивление, температуру, расстояние, в металле кабелепроводе и в неметаллическом кабелепроводе, NEC, таблица 9, раздел 9. Падение напряжения подробно описано в журнале Electrical Wiring-Commercial. Простое падение напряжения формула более точна с меньшими проводниками и становится все меньше точно по мере увеличения размера проводника. Это достаточно точно для падения напряжения расчеты, необходимые для жилой электропроводки.


РИС. 7 Максимальное рекомендуемое падение напряжения в ответвленной цепи 3 %, 210,19 (А), Информационная записка № 4.

Определение падения напряжения в однофазной цепи

Ed = K x I x L x 2 / CMA

Определение размера проводника для однофазной цепи

CMA = Kx I x Lx 2 / Эд

В приведенных выше формулах:

Ed = результат расчета падения напряжения в вольтах.

K = приблизительное сопротивление в омах на мил-фут при 75°C.

• Для медных проводов без покрытия используйте сопротивление 12 Ом.

• Для алюминиевого провода используйте сопротивление 20 Ом.

I = ток в амперах, протекающий по проводникам.

L = длина в футах от начала цепи до нагрузки.

CMA = площадь поперечного сечения проводников в круговых милах**

Мы используем коэффициент 2 для однофазных цепей, потому что напряжение падение обоих проводников к и от подключенной нагрузки.

Для определения падения напряжения и размера проводника для трехфазной цепи

Хотя жилая электропроводка обычно не использует 3-фазные системы, коммерческая и промышленные системы.Выполнение расчетов падения напряжения и размеров проводника для трехфазной системы подставьте коэффициент 1,732 (квадратный корень из 3) вместо коэффициента 2 в формулах падения напряжения.

Ссылки кода

на падение напряжения Для параллельных цепей см. NEC 210.19(A),

Информационная записка № 4. Рекомендуемое максимальное падение напряжения 3%, т.к. показано на фиг. 7.

Для фидеров см. NEC 215.2(A), Информационное примечание № 2. Рекомендуемые максимальное падение напряжения составляет 3%. См. фиг. 8.

При задействовании как ответвлений, так и фидеров общее падение напряжения не должен превышать 5%. Это показано на фиг. 8.

Согласно NEC 90.5(C), информационные примечания носят исключительно пояснительный характер и не применяется в качестве требования Кодекса.

В NEC нет ничего, что диктовало бы, какое входное напряжение в дом должно быть. Входящее напряжение действительно определяется электросетью и зависит от типа, размера и длины служебных проводников, трансформатора(ов), и первичные линии.

Электроэнергетические предприятия подпадают под юрисдикцию Национальной электротехнической Кодекс безопасности (NESC). Местная комиссия по государственной службе, обычно в штате уровень, предписывает максимальное превышение и понижение напряжения. Как правило, это в пределах 5% диапазона номинального напряжения.


РИС. 8 NEC 210.19(A), Информационное примечание № 4, и 215.2(A), Информационное В примечании № 2 Кодекса указано, что общее падение напряжения с начала фидера к самому дальнему выходу ответвленной цепи, не превышающей 5% обеспечат приемлемую эффективность работы. На этом рисунке, если падение напряжения в фидере составляет 3%, то падение напряжения в линии не должно превышать 2%. ответвленная цепь. Если падение напряжения в фидере составляет 2 %, то не превышайте 3% падение напряжения в ответвленной цепи.

Таблица 8 Площадь круглых милов для многих наиболее распространенных проводников.

Меры предосторожности при использовании высокотемпературных проводников

Обратите внимание в таблице NEC 310.15(B)(16), что изоляция проводников делится на три классы температурных характеристик: 60°C, 75°C и 90°C.Для данного проводника размера, мы находим, что допустимая сила тока изолированного проводника при 90°C равна больше, чем у изолированного проводника при температуре 60°C. Поэтому будьте осторожны, когда Выбор проводников основан на их способности выдерживать высокие температуры. Например:

• Медь 8 AWG THHN (90°C) имеет допустимую силу тока 55 ампер.

• Медь 8 AWG THW (75°C) имеет допустимую силу тока 50 ампер.

• Медь 8 AWG TW (60°C) имеет допустимую силу тока 40 ампер.

Ранее в этом разделе мы узнали, что согласно 110.14(C) мы используем 60°C столбец таблицы NEC 310.15(B)(16) для цепей с номинальным током 100 ампер или меньше, и столбец 75°C для цепей с номинальным током более 100 ампер. Однако, когда оборудование помечено как пригодное для 75°C, мы можем воспользоваться преимуществом более высокая сила тока проводников 75°C. Это часто приводит к меньшему размеру проводник и, соответственно, дорожка качения меньшего размера.

Но установка меньших проводников может привести к чрезмерному падению напряжения.

Таким образом, после выбора проводника надлежащего сечения для данной нагрузки Всегда полезно выполнить расчет падения напряжения, чтобы убедиться, что напряжение снижение возраста не является чрезмерным.

В чем преимущество высокотемпературных проводников? Они могут выдержать высокие температуры на чердаках и в условиях жаркого климата.

Еще одно большое преимущество более высокой емкости высокотемпературной изоляции. заключается в том, что NEC разрешает использовать более высокие значения силы тока в качестве начального точки при применении понижающих и поправочных коэффициентов.Пример расчета это можно найти в Разделе 18.

В разделе 19 содержится дополнительная информация о влиянии разницы напряжений на мощность электроприборов и электродвигателей.

ПРИМЕРНОЕ СООТНОШЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПРОВОДНИКОВ

Существует определенная зависимость между площадью окружности в милах и сопротивлением проводников. Следующие правила объясняют эту связь.

Правило первое. Для размеров проводов до 0000 каждый третий размер удваивается или уменьшается вдвое. в круговой мил области.

Таким образом, проводник 1 AWG в 2 раза больше, чем проводник 4 AWG (83 690 против 41 470). Таким образом, провод 0 вдвое меньше провода 0000 (105 600 против 211 600).

Правило второе. Для размеров проводов до 0000 каждый последующий размер провода составляет приблизительно 1,26 раза больше или меньше, чем предыдущий размер провода.

Таким образом, проводник 3 AWG примерно в 1,26 раза больше, чем проводник 4 AWG. (41 740 х 1,26 5 52 592). Проводник 2 AWG примерно равен 1.в 26 раз меньше чем проводник 1 AWG (83 690 4 1,26 5 66 420).

Попробуйте зафиксировать в уме, что проводник 10 AWG имеет площадь поперечного сечения 10 380 круговых мил и сопротивление 1,2 Ом на 1000 футов. (300 м). Сопротивление алюминиевого провода составляет примерно 2 Ом на 1000 футов. (300 м). Запомнив эти числа, вы сможете выполнить определение падения напряжения. расчеты без легкодоступных таблиц проводов.

ПРИМЕР

Какова приблизительная площадь поперечного сечения в круговых милах и сопротивление медного проводника 6 AWG?

Решение. Обратите внимание на то, что в таблице 9 при удвоении CMA провода его сопротивление уменьшается вдвое.

И наоборот, при уменьшении сечения провода наполовину его сопротивление удваивается.

Таблица 9 «Каждый третий размер» и соотношение 1,26 между площадь кругового мила (CMA) и сопротивление в омах на 1000 футов медных проводников размеры от 10 AWG до 6 AWG.

КАБЕЛЬ В НЕМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКЕ (АРТИКУЛ 334)

Стандарт NEC и UL 719 описывает детали конструкции неметаллической оболочки. кабель. Ниже приводится краткое изложение этих деталей.

Описание Большинство электриков до сих пор называют кабель с неметаллической оболочкой Romex, имя, выбранное много лет назад компанией Rome Wire and Cable Company. Ромекс это теперь зарегистрированный товарный знак компании Southwire.

Кабель в неметаллической оболочке представляет собой заводскую сборку из двух или более изолированных кабелей. проводники, имеющие наружную оболочку из влагостойкой, не распространяющей горение, неметаллической материал. Этот кабель доступен с двумя или тремя токонесущими жилами. Проводники имеют размеры от 14 AWG до 2 AWG для медных проводников, и от 12 AWG до 2 AWG для алюминиевых или алюминиевых проводников с медным покрытием.

Двухжильные кабели содержат одну черную жилу, одну белую жилу и одну оголенный заземляющий провод оборудования. Трехжильные кабели содержат один черный, один белый, один красный и один неизолированный провод заземления оборудования. Заземление оборудования проводники могут иметь зеленую изоляцию, но не иметь заземления оборудования. кондукторы являются наиболее распространенными.

NEC 334.108 требует, чтобы кабель с неметаллической оболочкой имел изолированный или оголенный заземляющий провод оборудования.


РИС.9 Кабель типа NM-B с неметаллической оболочкой, показывающий (A) черный «незаземленный» (горячий) проводник, (B) оголенный проводник «заземления» оборудования и (C) белый «заземленный» проводник. (Компания Southwire)

РИС. 9 хорошо виден оголенный заземляющий провод оборудования. Иногда оголенный заземляющий провод оборачивается бумагой или стеклотканью, что выступает в роли наполнителя. Заземляющий провод оборудования не допускается используется как проводник с током.

Типы кабелей с неметаллической оболочкой UL 719 перечисляет два типа кабелей с неметаллической оболочкой. кабель.NEC показывает три типа кабеля с неметаллической оболочкой.

• Тип NM-B является наиболее распространенным типом кабеля с неметаллической оболочкой. сегодня. Кабель типа НМ-Б имеет негорючую, влагостойкую, неметаллическую внешняя куртка. Проводники рассчитаны на 90°C. Амплитуда основана на температуре 60°C. столбец в таблице NEC 310.15(B)(16). Проводники типа NM-B соответствуют всем требованиям THHN, но не имеют опознавательной маркировки вдоль по всей длине отдельных проводников.В прошлом кабель типа NM содержал проводники с изоляцией типа TW.

• Кабель типа NMC-B имеет негорючую, влагостойкую, грибостойкую, коррозионностойкая неметаллическая внешняя оболочка. Проводники имеют рейтинг 90°С. Амплитуда основана на колонке 60°C в таблице NEC 310.15(B)(16). Кабель типа NMC-B не продается.

Подземный фидер Кабель типа UF-B можно использовать вместо кабеля NMC.

• Кабель типа NMS-B представляет собой гибридный кабель, содержащий обычный изолированный силовые проводники, а также телефонные, коаксиальные, домашние развлечения и сигнализация жилы все в одном кабеле.Этот тип кабеля используется для домашней автоматизации системы, использующие новейшие цифровые технологии.

До NEC 2008 года статья 780 признавала этот метод проводки для закрытых контурное и программируемое распределение мощности. В NEC 2008 года статья 780 была удалена. Кабель типа НМС-Б имел влагостойкую, негорючую, неметаллическую оболочку. внешняя куртка. Кабель типа NMS-B не продается. Этот тип домашняя автоматизация так и не взлетела. Оно упало на обочину. Сегодня мы наблюдаем огромное количество беспроводных систем домашней автоматизации.

Несмотря на некоторую путаницу, стандарты UL используют суффикс B, в то время как NEC называет кабели с неметаллической оболочкой типами NM, NMC и NMS. Проводники в этих кабелях рассчитаны на 90°C. Типы кабелей NM, NMC и NMS, обозначенные маркировка NM-B, NMC-B и NMS-B соответствует этому требованию 90°C. См. 334.112.

На момент написания этого издания «Электропроводка в жилых помещениях» нет списков UL для кабелей типа NMS и NMS-B.

Почему суффикс B?

Суффикс B означает, что проводники имеют изоляцию 90°C.

Старый кабель с неметаллической оболочкой содержал жилы, рассчитанные на 60°C. Существовал много проблем с изоляцией, которая становится хрупкой и ломается из-за чрезвычайно высокие температуры, связанные с утопленным и поверхностным монтажом светильники: возникли пожары. На горячих чердаках после применения поправочных коэффициентов скорректированная допустимая мощность проводников вполне может быть равна нулю. Чтобы решить эту дилемму, с 17 декабря 1984 года UL требует, чтобы проводники должен быть рассчитан на температуру 90°C, и чтобы кабель имел суффикс B. Этот суффикс позволяет легко отличить новый кабель 90°C от старого кабеля 60°C.

Допустимая нагрузка жил в кабеле с неметаллической оболочкой основана на том, что проводов 60°C.

Разрешается использовать мощность 90°C для снижения номинальных характеристик, например, быть необходимым на чердаках.

Окончательная сниженная номинальная мощность не должна превышать допустимую нагрузку для проводников с температурой 60°C. Более подробную информацию можно найти в NEC 334.80.

Таблица 310.15(B)(16) показывает допустимую силу тока для проводников.

Защита от перегрузки по току для небольших проводников

Защита от перегрузки по току для небольших медных проводников в соответствии с 240.4(D), выглядит следующим образом:

• 14 AWG 15 ампер

• 12 AWG 20 ампер

• 10 AWG 30 ампер

Типичный кабель с неметаллической оболочкой показан на РИС. 9.

Цветовое кодирование оболочки типа NM-B

Для облегчения установки электриком и идентификации размер проводника более удобный для электрика, неметаллический с цветовой маркировкой кабель в оболочке имеется.

Размер проводника Цвет оболочки

14 AWG Белый

12 AWG Желтый

10 AWG Оранжевый

8 и 6 AWG Черный

Новые типы кабелей NM-B

По крайней мере, один производитель предлагает 4-жильный тип NM-B, который можно использовать для двух ответвлений.

Этот кабель используется там, где не требуется совместное использование нейтрали, например, в многопроводной сети. ответвленной цепи или для ответвленных цепей, питающих GFCI и AFCI, где совместно используется нейтраль не допускается.

Этот кабель содержит следующее:

• Один неизолированный провод заземления оборудования

• Пара 1: один черный и один белый

• Пара 2: одна черная и одна белая (с красной полосой)

Поскольку все четыре жилы в этом кабеле являются проводниками с током, сила тока проводников должна быть отрегулирована (снижена) в соответствии с NEC 310.15(В)(3)(а).

Где может использоваться кабель с неметаллической оболочкой В таблице 10 показаны разрешенные виды использования для типов NM-B, NMC-B и NMS-B.

Проводники заземления оборудования (250.122) Проводник заземления оборудования (EGC) размер зависит от номинала или настройки устройства защиты от перегрузки по току. данной ответвленной цепи или фидера.

См. таблицу NEC 250.122.

Размер EGC в кабеле с неметаллической оболочкой соответствует таблице 250.122 NEC. и обычно голая. Таблица 11 представляет собой сокращенную версию таблицы 250.122.

EGC не должен быть больше незаземленных проводников данного схема.Почему? Поскольку в случае замыкания на землю величина замыкания на землю ток, возвращающийся на EGC, никогда не может превышать ток замыкания на землю течет по незаземленному проводнику той цепи, которая вызвала проблему. Это простая последовательная схема. Что уходит, то возвращается! См. NEC 250.122(А).

==============

Таблица 10 Разрешенное использование кабеля с неметаллической оболочкой.

Может использоваться в цепях с напряжением 600 вольт или менее Может работать как открыто, так и скрыто в сухих местах Возможна установка снаружи или скрыто во влажных и влажных местах Имеет огнестойкое и влагостойкое внешнее покрытие. и коррозионностойкое внешнее покрытие. Может использоваться для одно- и двухсемейной проводки. жилые или многоквартирные дома; см. 334.10 Может быть встроен в кладку, бетон, штукатурка, саман, шпатлевка Возможна установка или вылов в полых пустотах каменных блоков или плиточных стен, не подверженных чрезмерной влажности или сырости Может устанавливаться или вылавливаться в пустотах каменных блоков или плиточные стены, подверженные чрезмерной влажности В наружных стенах каменной кладки блок или плитка Во внутренней стене каменного блока или плитки Может использоваться как служебный вход кабель Должен быть защищен от физического повреждения. кирпичной кладки, бетона или самана, если они защищены стальными пластинами не менее 1/16 в.(1,6 мм) толщиной, затем покрытой штукатуркой, саманом или аналогичной отделкой

==============

==============

Таблица 11 Минимальные размеры заземляющих проводников оборудования основаны на номинальных характеристиках или настройка устройства перегрузки по току, защищающего эту конкретную ответвленную цепь. Эта таблица основана на Таблице 250.122 NEC.

МИНИМАЛЬНЫЙ РАЗМЕР (AWG) ПРОВОДНИК ЗАЗЕМЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

==============


РИС. 10 Этот съемник используется для снятия внешней оболочки с неметаллической оболочки. кабель.(Сеатек Ко., Инк.)


РИС. 11 Монтаж кабеля в неметаллической оболочке.


РИС. 12 Прокладка открытого кабеля с неметаллической оболочкой там, где через пол; см. 334.15(В).


РИС. 13 Допустимая нагрузка проводника в кабелях NM должна регулироваться в соответствии с таблице 310.15(B)(3)(a): (A) когда кабели NM «связаны» или «сложены» для расстояния более 24 дюймов (600 мм) без соблюдения интервалов; или (Б) когда более двух кабелей NM проходят через элементы деревянного каркаса, если они герметизированы теплоизоляцией. изоляция, герметик или герметизирующая пена, и между кабелями нет промежутков; или (C) когда более двух кабелей NM проложены в контакте с теплоизоляцией.См. 310.15(B)(3)(a) и 334. 80.


РИС. 14 (A) Лента с одним отверстием, используемая для кабелепровода, EMT, большая неметаллическая оболочка кабель и бронированный кабель.

(B) Металлическая скоба для бронированного кабеля и кабеля с неметаллической оболочкой.

(C) Изолированная скоба для кабеля в неметаллической оболочке. Некоторые виды утеплителей а неизолированные скобы можно применять с помощью степлерного пистолета.

РИС. 15 Скрепление скобами плоских кабелей с неметаллической оболочкой является нарушением Кодекса. по краю, 334.30.

====================


РИС. 16 Требования к прокладке кабеля в неметаллической оболочке в незавершенном подвалы и подвальные помещения.

Можно крепить кабели не менее двух проводников 6 AWG или трех проводников 8 AWG. непосредственно к нижней части балок, 334.15(C).

Кабели любого сечения можно пропускать через просверленные отверстия в балках, стропилах и шпильки. Они считаются адекватно поддерживаемыми, 334. 30.

Кабели любого сечения можно прокладывать по бокам балок.Они должны быть защищены (скрепленные скобами или ремнями), 334,15 (А), 334,30.

Минимальный радиус внутренней кромки при изгибе не менее чем в 5 раз больше диаметра кабель. Для кабелей небольшого размера это примерно такая же кривизна, как у банки с газировкой.

Когда кабели проложены параллельно элементам каркаса или полосам обшивки, не менее 1 1/4 дюйма (32 мм) от ближайшего края элемента каркаса или обшивки полоска, 300,4(D).

Кабели любого сечения можно пропускать через просверленные отверстия в балках, стропилах и шпильки.Они считаются адекватно поддерживаемыми, 334.30.

Кабели меньше двух проводов 6 или трех проводников 8 AWG должны быть проложены через отверстия. отверстия или бегать по поверхности подножки, 334.15(C).

================

продолжение к части 2 >>

Пред. | Далее

Похожие статьи

Электрический проводник: что это такое? (Схема и типы проводников)

Что такое электрический проводник?

В электротехнике проводник (или электрический проводник ) определяется как объект или тип материала, который обеспечивает протекание заряда в одном или нескольких направлениях. Материалы из металла являются обычными электрическими проводниками, так как металлы обладают высокой проводимостью и низким сопротивлением.

Электрические проводники позволяют электронам течь между атомами этого материала со скоростью дрейфа в зоне проводимости. Электрические проводники могут быть металлами, металлическими сплавами, электролитами или некоторыми неметаллами, такими как графит и проводящий полимер. Эти материалы позволяют электричеству (то есть потоку заряда) легко проходить через них.

Как проводник проводит ток?

Вещество электрического проводника атом не должно иметь энергетической щели между его валентной зоной и зоной проводимости.

Внешние электроны в валентной зоне слабо связаны с атомом. Когда электрон возбуждается из-за электродвижущей силы или теплового эффекта, он перемещается из своей валентной зоны в зону проводимости.

Зона проводимости — это зона, в которой электрон может свободно перемещаться в любом месте проводника. Проводник состоит из атомов. Таким образом, в целом зона проводимости находится в изобилии электронов.


Другими словами, можно сказать, что в проводниках присутствуют металлические связи.Эти металлические связи основаны на структуре положительных ионов металлов. Эти структуры окружены электронным облаком.

Когда в проводнике возникает разность потенциалов в двух точках, электроны получают достаточную энергию для перехода от более низкого потенциала к более высокому в этой зоне проводимости при небольшом сопротивлении, создаваемом этим материалом проводника. Электричество или ток течет в направлении, противоположном направлению потока электронов.

Как электрон течет по проводнику?

Электроны не движутся и не текут по прямой линии.В проводнике электроны находятся в движении туда-сюда или со случайной скоростью, т. е. называются дрейфовой скоростью (V d ) или средней скоростью. Из-за этой скорости дрейфа электроны каждый момент сталкиваются с атомами или другим электроном в зоне проводимости проводника.

Скорость дрейфа очень мала из-за большого количества свободных электронов. Мы можем оценить плотность свободных электронов в проводнике, таким образом, мы можем рассчитать скорость дрейфа для данного тока. Чем больше плотность, тем ниже скорость, необходимая для данного тока.

В проводнике поток электронов направлен против электрического поля (E).

Свойства электрического проводника

Основные свойства электрических проводников следующие:

  1. Проводник всегда допускает свободное движение электронов или ионов.
  2. Электрическое поле внутри проводника должно быть равно нулю, чтобы позволить электронам или ионам двигаться через проводник.
  3. Плотность заряда внутри проводника равна нулю, т. е. положительные и отрицательные заряды нейтрализуются внутри проводника.
  4. Поскольку внутри проводника нет заряда, только на поверхности проводника могут существовать только свободные заряды.
  5. Электрическое поле перпендикулярно поверхности этого проводника.

Тип проводников

Электрические проводники можно классифицировать на основе их омической характеристики. К ним относятся:

Омические проводники

Этот тип проводников всегда подчиняется закону Ома (V ∝ I)
График зависимости В от I всегда дает прямую линию.
Пример
Алюминий, серебро, медь и т. д.

Неомические проводники

Этот тип проводников никогда не подчиняется закону Ома (V ∝ I)
График зависимости напряжения от тока не является прямой линией, т. е. нелинейным графиком.
Пример
LDR (светозависимый резистор), диод, нить накаливания лампы, термисторы и т. д.

Примеры проводников приведены ниже

Одножильный проводник

  1. Металлический проводник: серебро, медь, алюминий, золото и т. д.
  2. Неметаллический проводник: графит
  3. Проводник из сплава: латунь, бронза и т. д.

Жидкий проводник

  1. Металлический проводник: ртуть
  2. Неметаллический проводник: соляная вода, раствор кислоты и т. д.
  3. Золотой проводник используется для высококачественных контактов «поверхность-поверхность».
  4. Сильвер — лучший проводник в списке проводников.
  5. Загрязненная вода указана в списке проводников, но имеет меньшую проводимость.

Каков заряд проводника при передаче электричества?

Проводник с током в любом случае имеет нулевой заряд. Это связано с тем, что в любом случае количество электронов (при дрейфовой скорости) равно количеству протонов в этом проводнике. Таким образом, чистый заряд равен нулю.

Предположим, что проводник подключен к батарее, т. е. плюсовой и минусовой концы соединены с проводником. Теперь электроны текут по проводнику от отрицательного конца к положительному концу батареи.Этот поток электронов возможен до тех пор, пока эта батарея не сможет производить ЭДС посредством химической реакции внутри.

Заряжен ли проводник положительно или отрицательно?

Только подумайте, что здесь проводник является средой, через которую могут передаваться заряды от одного электрода к другому электроду батареи. Электроны избавляются от отрицательной стороны батареи и входят в зону проводимости проводника, где уже имеется достаточное количество валентных электронов атомов проводника.

Свободные электроны начинают дрейфовое движение (к положительному электроду батареи) от атома к атому в зоне проводимости.

В любом случае каждый атом имеет нулевой заряд, потому что дрейфующие электроны от соседних атомов заполняют электронные промежутки его валентной зоны, и это происходит непрерывно, т.е. общее количество электронов равно количеству протонов в проводнике в любой момент. Теперь скорость изменения заряда (q) по отношению ко времени (t) называется текущей (I),

Эта скорость изменения заряда по времени происходит.Согласно условию, ток (I) течет в направлении, противоположном потоку электронов.

Когда вы удаляете проводник из батареи, этот проводник не содержит заряженных частиц, но ЭДС остается на электродах батареи с положительной и отрицательной полярностью без потока электронов.

Влияние температуры на проводник

Чем больше влияние температуры, тем больше вибрации в молекулах проводника. Это препятствует движению электронов, т. е. электронам мешают плавно течь через проводник.Таким образом, проводимость постепенно уменьшается с повышением температуры.

Опять же, повышение температуры разрывает некоторые связи в молекулах проводника и высвобождает часть электронов. Этих электронов меньше. В целом можно сказать, что в проводнике увеличивается сопротивление температуры дрейфующему электрону.

Освещение сцены для учащихся

Кабели:
Примечание:
  • Информация в этом разделе действительна в США, но не применяется в большинстве других страны.Для обзора электрических практика в других странах, см. Электричество по всему миру. Этот веб-сайт является лишь руководством по обычному использованию. это не значит заменить Национальный электротехнический кодекс.
Сокращения:
Электричество в большинстве американских коммерческих зданий — это то, что называется «трехфазным»; в каждый блок питания заведено три «горячих» провода, один нейтральный провод и защитное заземление.Измеренное напряжение (не делайте этого самостоятельно) между любыми двумя горячими проводами примерно 208В. Измеренное напряжение между любым из горячих и нейтралью номинально 120В (но обычно где-то между 110В и 125В). Между нейтралью и землей не должно быть измеряемого напряжения. Эта мощность «разветвляется» на отдельные цепи, каждая из которых (кроме в случае таких агрегатов, как кондиционеры и другие большие двигатели) имея один горячий, нейтральный и заземленный, следовательно, 120 В.Электрические кабели, одобренные для использования в театрах, обычно содержат три провода: черный, белый и зеленый. Черный провод горячий. Белый провод это нейтраль. Зеленый провод заземление безопасности. Путь, по которому электричество попадает от диммера к светильнику приспособление такое: Важно (и, как правило, это предписано законом), чтобы диммер, автоматический выключатель, цепь каскада, и удлинительный кабель должны быть рассчитаны на одинаковую величину тока.В приведенной ниже таблице показаны номинальные значения силы тока для различных размеров электрических кабель.
AWG Максимум
Сила тока
(при 120В)
0000 400
00 200
0 175
1 150
2 125
4 100
6 80
8 50
10 50
12 20
14 15
16 10
«AWG» расшифровывается как «American Wire Gauge» и является мерой диаметр электрического проводника; чем ниже манометр, тем провод крупнее.Обратите внимание, что «0» произносится как «нечто», так что «0000» обозначается как «четыре». Национальный электротехнический кодекс требует, чтобы кабели, используемые в театрах, быть «оболочкой» (имеющей внешнюю изоляцию вокруг индивидуально изолированного внутренние проводники), многожильные (в отличие от того, что каждый проводник является сплошным кусок меди) и рассчитаны на «жесткую» службу. Стандартный кабель в американском театре военных действий используется тип 12AWG SO («O» означает «маслостойкий»).Для определенных целей (например, twofers) введите SJ или SJO («J» означает Услуга «Юниор». Изоляция кабеля типа SJ или типа SJO не такая надежная, как на кабеле типа SO). В Америке большинство диммеров рассчитаны на 20 ампер, поэтому по таблице следует использовать Кабель №12 с диммерами. Разъемы на этих кабелях также должны быть рассчитан на 20 ампер.
Разъемы: Вот разъемы, которые чаще всего используются в американских театрах:
Сценический штифт
(также известный как «2P&G», «GPC» или «два контакта и земля») Это разъем, который можно найти в большинстве профессиональных театрах и на предоставленном оборудовании большинством арендных домов.
Твистлок
Параллельный клинок
(также известный как «Эдисон», «PBG» или «Домашнее хозяйство»)

В Северной Америке широко используются два типа разъемов с поворотным замком:
Тип «Не NEMA» имеет изгиб в «земле». вывод, направленный в сторону от центра разъема.Он устарел и незаконен для использования в новом строительстве. Обычно он рассчитан на несколько напряжений. Тип «L5» имеет изгиб «земляного» контакта. лицом к центру разъема. L5 разъем рассчитан на 125 В, напряжение наиболее обычно используется в Северной Америке. Это похоже по внешнему виду, но не совместимый с, разъем «L6», рассчитанный на 250 В.Театры Северной Америки, использующие разъемы с поворотным замком чаще всего используют L5-20, который рассчитан на 20 ампер на 125 вольт.
Несмотря на то, что штифт сцены не является фиксирующим разъемом – , особенно , потому что это не фиксирующий соединитель – важно убедиться, что у вас есть безопасное соединение, когда подключение светильника или подключение двух кабелей.Разъемы должны плотно прилегать друг к другу; если их нет, один (или несколько) штифтов стал сжатым. Как вы можете видеть на фотографии выше, каждый штифт имеет прорезь. вниз по его длине. Осторожно вставьте штифтовый расширитель (можно приобрести в большинство театральных поставщиков) разжимает булавку и гарантирует надежное соединение, как механическое, так и электрическое. Каждый тип разъема имеет свои преимущества и недостатки:
Соединитель Преимущества Недостатки
Сценический значок
  • Простота в работе
  • Можно найти в большинстве профессиональных
    кинотеатров и пунктов проката
  • Лежит ровно.
  • Не блокируется.
  • Можно приобрести только у театральных поставщиков.
Поворотный замок
  • Гарантирует механическое соединение.
  • Легко найти; часто доступны в хозяйственных магазинах «больших коробок».
  • Не гарантирует электрическое соединение.
  • Громоздкий.
  • С ними сложнее работать, чем со штыревыми соединителями.
Параллельный клинок
  • Легко найти.
  • Недорого.
  • Соединение ненадежно либо электрически или механически.
  • Повышает вероятность того, что кабели и разъемы не будут рассчитаны на электрическую нагрузку, которую они будут нести.
  • Может использоваться с незаземленными (2-проводными) разъемами.
Проводка: При подключении поворотного замка заземляющий (зеленый) проводник подключается к «загнутое» лезвие, обращенное к центру соединителя или от него.Нейтральный (белый) проводник подключен к серебряному лезвию (которое меньше), а горячий (черный) проводник соединяется с латунным лезвием. Обратите внимание, что на некоторых разъемах нейтральное лезвие может быть латунным, но соединительный винт внутри разъема и используется чтобы прикрепить кабель, будет серебро. На сценическом контактном разъеме заземляющий (зеленый) проводник подключается к среднему контакту. Нейтральный (белый) — это штифт, расположенный ближе к земле, а дальний — горячий (черный).Обратите внимание, что контакт заземления немного длиннее остальных, поэтому первым подключается и последним отключается. «Наилучшая практика», независимо от типа соединителя, требует, чтобы проводники подключались в следующем порядке: И отключил в обратном порядке. Никогда не оставляйте кабель частично собранным, с вилкой на одном конце и оголенными проводами на другом. При подключении разъемов (любого типа) убедитесь, что фиксатор надежно захватывает разъем. внешняя изоляция или «куртка», чтобы не создавать чрезмерного стресса для человека проводники.

ПРОВОДНИКИ – Прикладное промышленное электричество

К настоящему времени вы должны хорошо знать корреляцию между электропроводностью и определенными типами материалов. Материалы, обеспечивающие легкое прохождение свободных электронов, называются проводниками , а материалы, препятствующие прохождению свободных электронов, называются изоляторами .

К сожалению, научные теории, объясняющие, почему одни материалы проводят ток, а другие нет, довольно сложны и коренятся в квантово-механических объяснениях того, как электроны располагаются вокруг ядер атомов.В отличие от хорошо известной «планетарной» модели электронов, вращающихся вокруг ядра атома как четко определенных кусков материи по круговым или эллиптическим орбитам, электроны на «орбите» на самом деле вовсе не ведут себя как частицы материи. Скорее, они демонстрируют характеристики как частицы, так и волны, а их поведение ограничено размещением в определенных зонах вокруг ядра, называемых «оболочками» и «подоболочками». Электроны могут занимать эти зоны только в ограниченном диапазоне энергий в зависимости от конкретной зоны и от того, насколько эта зона занята другими электронами.Если бы электроны действительно действовали подобно крошечным планетам, удерживаемым на орбите вокруг ядра электростатическим притяжением, и их действия описывались бы теми же законами, которые описывают движение реальных планет, не могло бы быть реального различия между проводниками и изоляторами, и химические связи между атомами не существовали бы. существуют так, как сейчас. Именно дискретная, «квантованная» природа энергии и размещения электронов, описываемая квантовой физикой, придает этим явлениям их регулярность.

Атом в возбужденном состоянии

Когда электрон может свободно принимать более высокие энергетические состояния вокруг ядра атома (из-за его размещения в определенной «оболочке»), он может свободно отрываться от атома и составлять часть электрического тока через вещество.

Атом в основном состоянии

Однако, если квантовые ограничения, наложенные на электрон, лишают его этой свободы, электрон считается «связанным» и не может оторваться (по крайней мере, легко), образуя ток. Первый сценарий типичен для проводящих материалов, а второй — для изоляционных материалов.

В некоторых учебниках вам будет сказано, что электропроводность элемента определяется исключительно количеством электронов, находящихся во внешней «оболочке» атома (называемой валентной  оболочкой), но это чрезмерное упрощение, так как любое исследование зависимости проводимости от валентности электроны в таблице элементов подтвердят.Истинная сложность ситуации раскрывается далее, когда рассматривается проводимость молекул (наборов атомов, связанных друг с другом электронной активностью).

Хорошим примером этого является углерод, который состоит из материалов с очень разной проводимостью: графита и алмаза . Графит является хорошим проводником электричества, в то время как алмаз практически является изолятором (еще более странно, технически он классифицируется как полупроводник , который в чистом виде действует как изолятор, но может проводить ток при высоких температурах и/или воздействии примеси).И графит, и алмаз состоят из одних и тех же типов атомов: углерода с 6 протонами, 6 нейтронами и 6 электронами в каждом. Фундаментальное различие между графитом и алмазом заключается в том, что молекулы графита представляют собой плоские группы атомов углерода, а молекулы алмаза представляют собой тетраэдрические (пирамидальные) группы атомов углерода.

Преднамеренное введение примесей в собственный полупроводник с целью изменения его электрических, оптических и структурных свойств называется легированием .Если атомы углерода соединяются с другими типами атомов с образованием соединений, электрическая проводимость снова изменяется. Карбид кремния, соединение элементов кремния и углерода, проявляет нелинейное поведение: его электрическое сопротивление уменьшается с увеличением приложенного напряжения! Углеводородные соединения (например, молекулы, содержащиеся в маслах) обычно являются очень хорошими изоляторами. Как видите, простой подсчет валентных электронов в атоме — плохой показатель электропроводности вещества.

Все металлические элементы являются хорошими проводниками электричества благодаря тому, как атомы связываются друг с другом. Электроны атомов, составляющих массу металла, настолько не заторможены в своих допустимых энергетических состояниях, что свободно плавают между различными ядрами в веществе, легко возбуждаемые любым электрическим полем. Электроны настолько подвижны, что ученые иногда описывают их как электронный газ или даже как электронное море , в котором покоятся атомные ядра.Эта подвижность электронов объясняет некоторые другие общие свойства металлов: хорошую теплопроводность, ковкость и пластичность (легко формуемые в различные формы), а также блестящую поверхность в чистом виде.

К счастью, физика, стоящая за всем этим, по большей части не имеет отношения к нашим целям. Достаточно сказать, что некоторые материалы являются хорошими проводниками, некоторые — плохими, а некоторые — промежуточными. А пока достаточно просто понять, что эти различия определяются конфигурацией электронов вокруг составляющих атомов материала.

Важным шагом в обеспечении того, чтобы электричество выполняло наши распоряжения, является возможность построить пути для прохождения тока с контролируемым сопротивлением. Также жизненно важно, чтобы мы могли предотвратить протекание тока там, где мы этого не хотим, с помощью изоляционных материалов. Однако не все проводники одинаковы, и не все изоляторы одинаковы. Нам необходимо понимать некоторые характеристики обычных проводников и изоляторов и уметь применять эти характеристики в конкретных приложениях.

Почти все проводники обладают определенным измеримым сопротивлением (особые типы материалов, называемые сверхпроводниками , не обладают абсолютно никаким электрическим сопротивлением, но это не обычные материалы, и они должны находиться в особых условиях, чтобы быть сверхпроводящими). Обычно мы предполагаем, что сопротивление проводников в цепи равно нулю, и мы ожидаем, что ток проходит через них, не вызывая заметного падения напряжения. В действительности, однако, почти всегда будет падение напряжения на (нормальных) токопроводящих путях электрической цепи, хотим мы этого падения или нет:

Рисунок 11.1

Чтобы рассчитать, каковы будут эти падения напряжения в той или иной цепи, мы должны уметь определять сопротивление обычного провода, зная размер и диаметр провода. Некоторые из следующих разделов этой главы будут посвящены деталям этого процесса.

  • Электропроводность материала определяется конфигурацией электронов в атомах и молекулах этого материала (группах связанных атомов).
  • Все обычные проводники в той или иной степени обладают сопротивлением.
  • Ток, протекающий по проводнику с (любым) сопротивлением, вызовет некоторое падение напряжения по длине этого проводника.

Из здравого смысла следует знать, что жидкости текут по трубам большого диаметра легче, чем по трубам малого диаметра (если вам нужна практическая иллюстрация, попробуйте пить жидкость через соломинки разного диаметра). Тот же общий принцип справедлив для потока электронов через проводники: чем шире площадь поперечного сечения (толщина) проводника, тем больше места для протекания электронов и, следовательно, тем легче возникает поток (меньше сопротивление). .

Две основные разновидности электрических проводов: одножильный и многожильный

Электрический провод обычно имеет круглое сечение (хотя есть несколько уникальных исключений из этого правила) и бывает двух основных разновидностей:  одножильный и многожильный . Сплошной медный провод  именно так и звучит: одна сплошная медная жила по всей длине провода.  Многожильный провод  состоит из меньших прядей цельной медной проволоки, скрученных вместе в один провод большего размера.Самым большим преимуществом многожильного провода является его механическая гибкость, способность выдерживать многократные изгибы и скручивания намного лучше, чем сплошная медь (которая со временем имеет тенденцию к усталости и поломке).

Размер проволоки можно измерить несколькими способами. Мы могли бы говорить о диаметре провода, но поскольку на самом деле его поперечное сечение площадь имеет наибольшее значение для потока электронов, нам лучше обозначать размер провода с точки зрения площади.2[/латекс]

[латекс]=(3.2[/латекс]

 

 

Вычисление площади проволоки в круговых милах

Тем не менее, электрики и другие лица, часто занимающиеся размерами проводов, используют другую единицу измерения площади, разработанную специально для круглого поперечного сечения провода. Эта специальная единица называется круговых мил (иногда сокращенно см ). Единственная цель использования этой специальной единицы измерения состоит в том, чтобы исключить необходимость использования множителя π (3,1415927.2[/латекс]

 

Поскольку это единица площади  измерения, математическая степень числа 2 по-прежнему действует (удвоение ширины круга всегда увеличивает его площадь в четыре раза, независимо от того, какие единицы измерения используются, или если ширина этого круга выражается в терминах радиуса или диаметра). Чтобы проиллюстрировать разницу между измерениями в квадратных милах и измерениями в круговых милах, я сравню круг с квадратом, показав площадь каждой формы в обеих единицах измерения:

Рисунок 11.4

 

И для другого размера провода:

Рис. 11.5

Очевидно, что круг данного диаметра имеет меньшую площадь поперечного сечения, чем квадрат, ширина и высота которого равны диаметру круга: это отражают обе единицы измерения площади. Однако следует понимать, что единица «квадратный мил» действительно приспособлена для удобного определения площади квадрата, а «круговой мил» — для удобного определения площади круга: соответствующая формула для каждого проще работать с.Следует понимать, что обе единицы действительны для измерения площади фигуры, какой бы формы она ни была. Преобразование между круговыми милами и квадратными милами представляет собой простое соотношение: на каждые 4 круговых мила приходится π (3,1415927 . . . ) квадратных милов.

Измерение площади поперечного сечения провода с помощью калибра

Другой мерой площади поперечного сечения провода является калибр . Шкала датчика основана на целых числах, а не на дробных или десятичных дюймах. Чем больше номер калибра, тем тоньше провод; чем меньше номер калибра, тем толще проволока.Для тех, кто знаком с дробовиками, эта обратно пропорциональная шкала измерений должна показаться знакомой.

Таблица в конце этого раздела приравнивает калибр к диаметру в дюймах, круговым милам и квадратным дюймам для сплошной проволоки. Проволока большего размера достигает конца обычной шкалы калибра (которая, естественно, достигает максимума при значении 1) и представлена ​​серией нулей. «3/0» — это еще один способ представить «000» и произносится как «triple-ought». Опять же, те, кто знаком с дробовиками, должны знать терминологию, как бы странно это ни звучало.Чтобы еще больше запутать ситуацию, в мире используется более одного «стандарта» манометра. Для определения размеров электрических проводников предпочтительнее использовать калибр American Wire Gauge (AWG), также известный как калибр Brown and Sharpe (B&S). В Канаде и Великобритании Британский стандартный калибр проводов (SWG) является законной системой измерения электрических проводников. В мире существуют и другие системы калибров проводов для классификации диаметра проводов, такие как калибр стальных проводов Stubs и калибр стальных музыкальных проводов (MWG), но эти системы измерения применимы к неэлектрическим проводам.

Система измерения American Wire Gauge (AWG), несмотря на ее странности, была разработана с определенной целью: на каждые три деления шкалы сечения площадь провода (и вес на единицу длины) примерно удваивается. Это удобное правило, которое следует помнить при приблизительной оценке размера проволоки!

Для очень больших размеров проволоки (более толстой, чем 4/0) от системы калибра проволоки обычно отказываются для измерения площади поперечного сечения в тысячах круговых мил (MCM), заимствуя старую римскую цифру «M» для обозначения кратного «тысячи» перед «CM» для «круговых мил.В следующей таблице размеров проводов не указаны размеры, превышающие калибр 4/0, потому что цельный  медный провод становится непрактичным для таких размеров. Вместо этого предпочтительна конструкция из многожильного провода.

Проволочный стол для сплошных круглых медных проводников

мил
Размер Диаметр Площадь поперечного сечения Вес
AWG Дюймы ок. кв.дюймов фунтов/1000 футов
4/0 0,4600 211 600 0,1662 640,5
3/0 0,4096 167 800 0,1318 507,9
2/0 0,3648 133 100 0,1045 402,8
1/0 0,3249 105 500 0,08289 319,5
1 0.2893 83 690 0,06573 253,5
2 0,2576 66 370 0,05213 200,9
3 0,2294 52 630 0,04134 159,3
4 0,2043 41 740 0,03278 126,4
5 0,1819 33 100 0,02600 100.2
6 0,1620 26 250 0,02062 79,46
7 0,1443 20 820 0,01635 63,02
8 0,1285 16 510 0,01297 49,97
9 0,1144 13 090 0,01028 39,63
10 0.1019 10 380 0,008155 31,43
11 0,09074 8 234 0,006467 24,92
12 0,08081 6 530 0,005129 19,77
13 0,07196 5 178 0,004067 15,68
14 0,06408 4 107 0.003225 12,43
15 0,05707 3 257 0,002558 9,858
16 0,05082 2 583 0,002028 7,818
17 0,04526 2 048 0,001609 6.200
18 0,04030 1 624 0,001276 4,917
19 0.03589 1 288 0,001012 3,899
20 0,03196 1 022 0,0008023 3,092
21 0,02846 810.1 0,0006363 2,452
22 0,02535 642,5 0,0005046 1,945
23 0,02257 509,5 0.0004001 1,542
24 0,02010 404,0 0,0003173 1,233
25 0,01790 320,4 0,0002517 0,9699
26 0,01594 254,1 0,0001996 0,7692
27 0,01420 201,5 0,0001583 0,6100
28 0.01264 159,8 0,0001255 0,4837
29 0,01126 126,7 0,00009954 0,3836
30 0,01003 100,5 0,00007894 0,3042
31 0,008928 79,70 0,00006260 0,2413
32 0,007950 63,21 0.00004964 0,1913
33 0,007080 50,13 0,00003937 0,1517
34 0,006305 39,75 0,00003122 0,1203
35 0,005615 31,52 0,00002476 0,09542
36 0,005000 25.00 0,00001963 0.07567
37 0,004453 19,83 0,00001557 0,06001
38 0,003965 15,72 0,00001235 0,04759
39 0,003531 12,47 0,000009793 0,03774
40 0,003145 9,888 0,000007766 0,02993
41 0.002800 7,842 0,000006159 0,02374
42 0,002494 6.219 0,000004884 0,01882
43 0,002221 4,932 0,000003873 0,01493

Для некоторых сильноточных приложений требуются проводники с размерами, превышающими практические пределы круглого провода. В этих случаях в качестве проводников используются толстые стержни из твердого металла, называемые шинами .Шины обычно изготавливаются из меди или алюминия и чаще всего неизолированы. Они физически поддерживаются вдали от любого каркаса или конструкции, удерживающей их, с помощью опорных стоек изолятора. Хотя квадратное или прямоугольное поперечное сечение очень распространено для формы шинопровода, также используются и другие формы. Площадь поперечного сечения шин обычно измеряется в милах круглой формы (даже для квадратных и прямоугольных шин!), скорее всего, для удобства возможности напрямую приравнять размер шины к круглому проводу.

 

  • Ток течет по проводам большого диаметра легче, чем по проводам малого диаметра, из-за большей площади поперечного сечения, в которой они могут двигаться.
  • Вместо того, чтобы измерять размеры небольших проводов в дюймах, часто используется единица измерения «миль» (1/1000 дюйма).
  • Площадь поперечного сечения провода может быть выражена в квадратных единицах (квадратных дюймах или квадратных милах), круговых милах или в «калибровочной» шкале.
  • Расчет квадратной площади провода для круглого провода включает формулу площади круга:
  • A = πr 2  (квадратные единицы)
  • Вычисление площади в круговых милах для круглой проволоки намного проще из-за того, что единица «круговые милы» была рассчитана именно для этой цели: чтобы исключить коэффициенты «пи» и d/2 (радиус) в формула.
  • A = d 2  (круглые единицы)
  • На каждые 4 круговых мила приходится π (3,1416) квадратных мил.
  • Система размеров проводов калибра основана на целых числах, причем большие числа соответствуют проводам меньшего сечения, и наоборот. Провода толще 1 калибра обозначаются нулями: 0, 00, 000 и 0000 (произносится как «одиночное», «двойное», «тройное» и «четырехкратное»).
  • Провода очень больших размеров измеряются в тысячах круговых мил (MCM), что типично для шин и размеров проводов свыше 4/0.
  • Шины — это сплошные стержни из меди или алюминия, используемые в конструкции сильноточных цепей. Соединения к шинам обычно сварные или болтовые, а шины часто неизолированные (неизолированные), поддерживаемые вдали от металлических каркасов с помощью изолирующих стоек.

 

Чем меньше площадь поперечного сечения любого данного провода, тем больше сопротивление для любой данной длины при прочих равных условиях. Провод с большим сопротивлением будет рассеивать большее количество тепловой энергии при любой заданной величине тока, мощность равна P=I 2 Р.

Рассеиваемая мощность  из-за сопротивления проводника проявляется в виде тепла, а чрезмерное тепло может повредить провод (не говоря уже об объектах рядом с проводом), особенно учитывая тот факт, что большинство проводов имеют изоляцию с пластиковое или резиновое покрытие, которое может расплавиться и сгореть. Таким образом, тонкие провода будут выдерживать меньший ток, чем толстые, при прочих равных условиях. Предел допустимого тока проводника известен как его   сила тока .

В первую очередь из соображений безопасности в Соединенных Штатах были установлены определенные стандарты для электропроводки, которые указаны в Национальном электротехническом кодексе (NEC) . В типичных таблицах токов проводов NEC указаны допустимые максимальные токи для различных размеров и применений проводов. Хотя точка плавления меди теоретически накладывает ограничение на допустимую нагрузку проводов, материалы, обычно используемые для изоляции проводников, плавятся при температурах намного ниже точки плавления меди, поэтому практические значения допустимой нагрузки основаны на тепловых ограничениях изоляции . .Падение напряжения из-за чрезмерного сопротивления проводов также является фактором, определяющим размер проводников для их использования в цепях, но это соображение лучше оценить с помощью более сложных средств (которые мы рассмотрим в этой главе). Например, показана таблица, полученная из листинга NEC:

.

Таблица 11.2 Токовые нагрузки медных проводников на открытом воздухе при 30°C

Изоляция: РУВ, Т THW, THWN ФЭП, ФЭПБ
Тип: ТВ RUH THHN, XHHW
Размер Текущий рейтинг Текущий рейтинг Текущий рейтинг
AWG при 60°С при 75°C при 90°С
20 *9 *12.5
19 *13 18
16 *18 24
14 25 30 35
12 30 35 40
10 40 50 55
8 60 70 80
6 80 95 105
4 105 125 140
2 140 170 190
1 165 195 220
1/0 195 230 260
2/0 225 265 300
3/0 260 310 350
4/0 300 360 405

* = оценочные значения; обычно эти провода малого сечения не производятся с изоляцией этих типов

 

Обратите внимание на существенную разницу в токовой нагрузке между проводами одинакового размера с разными типами изоляции.Это опять-таки связано с тепловыми пределами (60°, 75°, 90°) каждого типа изоляционного материала.

Эти номинальные значения тока указаны для медных проводников на «свободном воздухе» (максимальная типичная циркуляция воздуха), в отличие от проводов, размещенных в кабелепроводах или кабельных лотках. Как вы заметили, в таблице не указана допустимая нагрузка для проводов малого сечения. Это связано с тем, что NEC занимается в первую очередь силовой проводкой (большие токи, большие провода), а не проводами, обычными для слаботочных электронных устройств.

Последовательности букв, используемые для обозначения типов проводников, имеют определенный смысл, и эти буквы обычно относятся к свойствам изоляционного слоя (слоев) проводника. Некоторые из этих букв обозначают отдельные свойства провода, а другие являются просто аббревиатурами. Например, буква «Т» сама по себе означает «термопласт» в качестве изоляционного материала, как в «TW» или «THHN». Однако трехбуквенная комбинация «MTW» является аббревиатурой Machine Tool Wire , типа провода с гибкой изоляцией для использования в машинах, подвергающихся значительным движениям или вибрации.

Изоляционный материал

  • С = Хлопок
  • FEP = Фторированный этиленпропилен
  • MI = Минерал (оксид магния)
  • PFA = перфторалкокси
  • R = Резина (иногда неопрен)
  • S = Силиконовая «резина»
  • SA = силикон-асбест
  • T = термопласт
  • TA = термопласт-асбест
  • TFE = политетрафторэтилен («тефлон»)
  • X = Сшитый синтетический полимер
  • Z = модифицированный этилентетрафторэтилен

Тепловая мощность

  • Г = 75 градусов Цельсия
  • ЧЧ = 90 градусов Цельсия

Внешнее покрытие («оболочка»)

Специальные условия обслуживания

  • U = Подземный
  • Вт = влажный
  • -2 = 90 градусов Цельсия и влажность

Таким образом, проводник «THWN» имеет термопластическую изоляцию T , H устойчив к изгибу при температуре 75 °C, соответствует условиям W et и поставляется с внешней оболочкой из нейлона N .

Подобные буквенные коды

используются только для проводов общего назначения, например, используемых в домашних хозяйствах и на предприятиях. Для мощных приложений и/или тяжелых условий эксплуатации сложность технологии проводников не поддается классификации по нескольким буквенным кодам. Провода воздушных линий электропередачи обычно представляют собой голый металл, подвешенный к опорам с помощью стеклянных, фарфоровых или керамических опор, известных как изоляторы. Несмотря на это, фактическая конструкция провода, способного выдерживать физические нагрузки, как статические (собственный вес), так и динамические (ветровые) нагрузки, может быть сложной, с несколькими слоями и различными типами металлов, намотанных вместе, чтобы сформировать один проводник.Большие подземные силовые провода иногда изолируют бумагой, а затем помещают в стальную трубу, заполненную азотом или маслом под давлением, чтобы предотвратить проникновение воды. Такие проводники требуют вспомогательного оборудования для поддержания давления жидкости по всей трубе.

Другие изоляционные материалы находят применение в небольших приложениях. Например, провод небольшого диаметра, используемый для изготовления электромагнитов (катушек, создающих магнитное поле из потока электронов), часто изолируется тонким слоем эмали.Эмаль является отличным изоляционным материалом и очень тонкая, что позволяет намотать много «витков» провода на небольшом пространстве.

 

  • Сопротивление проводов создает тепло в рабочих цепях. Это тепло представляет собой потенциальную опасность воспламенения.
  • Тонкие провода имеют более низкий допустимый ток («амперность»), чем толстые провода, из-за их большего сопротивления на единицу длины и, следовательно, большего тепловыделения на единицу тока.
  • В Национальном электротехническом кодексе (NEC) указаны допустимые токи силовой проводки в зависимости от допустимой температуры изоляции и применения провода.

 

Расчет сопротивления провода

 Номинальная сила тока проводника – это грубая оценка сопротивления, основанная на способности тока создавать опасность пожара. Однако мы можем столкнуться с ситуациями, когда падение напряжения, создаваемое сопротивлением проводов в цепи, представляет собой проблему, не связанную с предотвращением возгорания. Например, мы можем проектировать схему, в которой напряжение на компоненте является критическим и не должно опускаться ниже определенного предела. Если это так, то падение напряжения из-за сопротивления проводов может вызвать техническую проблему, хотя и находится в безопасных (противопожарных) пределах по току:

 

 

Если нагрузка в приведенной выше цепи не выдержит напряжения ниже 220 вольт при исходном напряжении 230 вольт, то лучше убедиться, что по ходу проводка не падает более чем на 10 вольт.С учетом как питающего, так и обратного проводников этой цепи остается максимально допустимое падение напряжения в 5 вольт по длине каждого провода. Используя Закон Ома (R=E/I), мы можем определить максимально допустимое сопротивление для каждого отрезка провода:

[латекс]R = \frac{E}{I}[/латекс]

[латекс] = \frac{5V}{25A}[/латекс]

[латекс]R= 0,2 Ом[/латекс]

 

Мы знаем, что длина каждого отрезка провода составляет 2300 футов, но как определить величину сопротивления для провода определенного размера и длины? Для этого нам нужна другая формула:

.

[латекс]\тег{11.2} \text{R}= \rho \ell / \text{A}[/latex]

Эта формула связывает сопротивление проводника с его удельным сопротивлением (греческая буква «ро» (ρ), похожая на строчную букву «р»), его длиной («l») и поперечным сечением. площадь сечения («А»). Обратите внимание, что с переменной длины в верхней части дроби значение сопротивления увеличивается с увеличением длины (аналогия: протолкнуть жидкость через длинную трубу труднее, чем через короткую) и уменьшается с увеличением площади поперечного сечения ( аналогия: по толстой трубе жидкость течет легче, чем по тонкой).Удельное сопротивление является константой для типа рассчитываемого материала проводника.

Удельное сопротивление некоторых проводящих материалов можно найти в следующей таблице. Мы находим медь в нижней части таблицы, уступая только серебру по низкому удельному сопротивлению (хорошей проводимости):

Таблица 11.3         Удельное сопротивление при 20 градусах Цельсия

Материал Элемент/сплав (Ом-смил/фут) (микроом-см)
Нихром Сплав 675 112.2
Нихром V Сплав 650 108,1
манганин Сплав 290 48,21
Константан Сплав 272,97 45,38
Сталь* Сплав 100 16,62
Платина Элемент 63,16 10,5
Железо Элемент 57.81 9,61
Никель Элемент 41,69 6,93
Цинк Элемент 35,49 5,90
Молибден Элемент 32.12 5,34
Вольфрам Элемент 31,76 5,28
Алюминий Элемент 15,94 2.650
Золото Элемент 13,32 2,214
Медь Элемент 10.09 1,678
Серебро Элемент 9,546 1,587

* = Стальной сплав с содержанием железа 99,5%, углерода 0,5%

 

Обратите внимание, что значения удельного сопротивления в приведенной выше таблице даны в очень странных единицах измерения «Ом-смил/фут» (Ω-смил/фут). Эта единица указывает, какие единицы измерения мы ожидаем использовать в формуле сопротивления ( [латекс]\текст{R}= \rho \ell / \text{A}[/латекс]).В этом случае эти цифры для удельного сопротивления предназначены для использования, когда длина измеряется в футах, а площадь поперечного сечения измеряется в круговых милах.

Единицей измерения удельного сопротивления является ом-метр (Ом-м) или ом-сантиметр (Ом-см), где -7 Ом-см на Ом-см мил/фут). В столбце таблицы «Ом-см» цифры фактически масштабированы как мкОм-см из-за их очень малых величин. Например, железо указано как 9.61 мкОм-см, что можно представить как 9,61 x 10 -6 Ом-см.

При использовании единицы омметра для удельного сопротивления в формуле [latex]\text{R}= \rho \ell / \text{A}[/latex] длина должна быть в метрах, а площадь в квадратные метры. При использовании в той же формуле единиц измерения Ом-сантиметр (Ом-см) длина должна быть выражена в сантиметрах, а площадь — в квадратных сантиметрах.

Все эти единицы измерения удельного сопротивления действительны для любого материала (Ом-см мил/фут, Ом-м или Ом-см).Однако можно было бы предпочесть использовать Ω-cmil/ft при работе с круглым проводом, где площадь поперечного сечения уже известна в круглых милах. И наоборот, при работе с шинами нестандартной формы или нестандартными шинами, вырезанными из металлической заготовки, где известны только линейные размеры длины, ширины и высоты, более подходящими единицами удельного сопротивления могут быть Ом-метр или Ом-см.

 

Возвращаясь к нашему примеру цепи, мы искали провод с сопротивлением 0,2 Ом или меньше на протяжении 2300 футов.Предполагая, что мы собираемся использовать медную проволоку (наиболее распространенный тип производимой электрической проволоки), мы можем установить нашу формулу следующим образом:

[латекс]R= ρ\frac{e}{A}[/латекс]

Решение для области (A):

[латекс]A= ρ\frac{e}{R}[/латекс]

[латекс] = (10,09Ω-смил/фут)(\frac{2300ft}{0,2Ω})[/latex]

[латекс]= 116 035 см[/латекс]

 

Алгебраически вычисляя A, мы получаем значение 116 035 круговых мил.Ссылаясь на нашу таблицу размеров сплошных проводов, мы обнаруживаем, что провод «двойного размера» (2/0) с 133 100 см-мил подходит, тогда как следующий меньший размер, «одинарный» (1/0) с размером 105 500 см-мил слишком мал. . Имейте в виду, что ток нашей цепи составляет скромные 25 ампер. Согласно нашей таблице допустимых токов для медного провода на открытом воздухе, провода 14 калибра было бы достаточно (что касается , а не , чтобы разжечь огонь). Однако с точки зрения падения напряжения провод 14-го калибра был бы крайне неприемлем.

 

Просто ради интереса, давайте посмотрим, как провод калибра 14 повлиял бы на производительность нашей силовой цепи. Глядя на нашу таблицу размеров проводов, мы обнаруживаем, что провод 14 калибра имеет площадь поперечного сечения 4107 круговых мил. Если мы все еще используем медь в качестве материала провода (хороший выбор, если только мы не действительно богатых и не можем позволить себе 4600 футов серебряной проволоки 14-го калибра!), тогда наше удельное сопротивление все равно будет 10,09 Ом-смил/фут. :

[латекс] R = ρ \ frac {e} {A} [/ латекс]

[латекс] = (10.09 Ом-см мил/фут)(\frac{2300ft}{4107})[/latex]

[латекс] = 5,651 Ом [/латекс]

Помните, что это 5,651 Ом на 2300 футов медного провода 14-го калибра, и что у нас есть два участка по 2300 футов во всей цепи, поэтому каждый отрезок провода в цепи имеет сопротивление 5,651 Ом:

Общее сопротивление проводов нашей цепи в 2 раза больше 5,651 или 11,301 Ом. К сожалению, это далеко  слишком большое сопротивление, чтобы обеспечить ток 25 ампер при напряжении источника 230 вольт.Даже если бы наше сопротивление нагрузки было 0 Ом, сопротивление нашей проводки 11,301 Ом ограничило бы ток цепи до 20,352 ампер! Как видите, «небольшое» сопротивление провода может иметь большое значение в характеристиках схемы, особенно в силовых цепях, где токи намного выше, чем обычно встречаются в электронных схемах.

 

Давайте решим пример задачи сопротивления для куска нестандартной шины. Предположим, у нас есть кусок цельного алюминиевого стержня шириной 4 сантиметра, высотой 3 сантиметра и длиной 125 сантиметров, и мы хотим вычислить сквозное сопротивление по длинному измерению (125 см).2})[/латекс]

[латекс] = 27,604 мкОм [/латекс]

Как видите, толщина шины обеспечивает очень низкое сопротивление по сравнению со стандартными размерами проводов, даже при использовании материала с более высоким удельным сопротивлением.

Методика определения сопротивления сборной шины принципиально не отличается от процедуры определения сопротивления круглого провода. Нам просто нужно убедиться, что площадь поперечного сечения рассчитана правильно и что все единицы соответствуют друг другу, как и должны.

 

  • Сопротивление проводника увеличивается с увеличением длины и уменьшается с увеличением площади поперечного сечения при прочих равных условиях.
  • Удельное сопротивление  (”ρ”) – это свойство любого проводящего материала, цифра, используемая для определения сквозного сопротивления проводника заданной длины и площади по следующей формуле: R = ρl/A
  • Удельное сопротивление материалов указывается в единицах Ом-смил/фут или Ом-метрах (метрических). Коэффициент преобразования между этими двумя единицами равен 1.66243 x 10 -9 Ом-метров на Ом-смил/фут или 1,66243 x 10 -7 Ом-см на Ом-смил/фут.
  • Если падение напряжения в цепи является критическим, то перед выбором размера провода необходимо выполнить точные расчеты сопротивления проводов.

Вы могли заметить, что в таблице удельных сопротивлений все значения указаны для температуры 20° Цельсия. Если вы подозревали, что это означает, что удельное сопротивление материала может меняться в зависимости от температуры, вы были правы!

Значения сопротивления проводников при любой температуре, отличной от стандартной температуры (обычно указывается 20 градусов Цельсия) в таблице удельных сопротивлений, должны определяться по еще одной формуле:

[латекс]R = R_{ref}[1+α(T-T_{ref})] \tag{11.3}[/латекс]

Где,

[латекс]R = \text{Сопротивление проводимости при температуре «Т»}[/латекс]

[латекс]R_{ref} = \text{Сопротивление проводимости при эталонной температуре}[/latex]

[latex]T_{ref} =\text{ обычно }20°C\text{, но иногда }0°C[/latex]

[латекс]α = \text{Температурный коэффициент сопротивления материала проводника}[/латекс]

[латекс]\текст{Т = температура проводника в градусах Цельсия}[/латекс]

[latex]T_{ref} =\text{Опорная температура, при которой α указывается для проводника}[/latex]

 

Константа «альфа» (α) известна как температурный коэффициент сопротивления и символизирует коэффициент изменения сопротивления на градус изменения температуры.Точно так же, как все материалы имеют определенное удельное сопротивление (при 20 ° C), они также изменяют  сопротивление в зависимости от температуры на определенные величины. Для чистых металлов этот коэффициент является положительным числом, что означает, что сопротивление увеличивается  с повышением температуры. Для элементов углерода, кремния и германия этот коэффициент является отрицательным числом, а это означает, что сопротивление уменьшается  с повышением температуры. Для некоторых металлических сплавов температурный коэффициент сопротивления очень близок к нулю, а это означает, что сопротивление почти не меняется при изменении температуры (хорошее свойство, если вы хотите построить прецизионный резистор из металлической проволоки!).В следующей таблице приведены температурные коэффициенты сопротивления для нескольких распространенных металлов, как чистых, так и легированных:

Таблица 11.4 Температурные коэффициенты сопротивления при 20 градусах Цельсия

Материал Элемент/сплав «альфа» на градус Цельсия
Никель Элемент 0,005866
Железо Элемент 0,005671
Молибден Элемент 0.004579
Вольфрам Элемент 0,004403
Алюминий Элемент 0,004308
Медь Элемент 0,004041
Серебро Элемент 0,003819
Платина Элемент 0,003729
Золото Элемент 0,003715
Цинк Элемент 0.003847
Сталь* Сплав 0,003
Нихром Сплав 0,00017
Нихром V Сплав 0,00013
манганин Сплав +/- 0,000015
Константан Сплав -0,000074

* = Стальной сплав с содержанием железа 99,5%, углерода 0,5%   тыс.

 

Давайте посмотрим на пример схемы, чтобы увидеть, как температура может повлиять на сопротивление провода и, следовательно, на производительность схемы:

 

Суммарное сопротивление проводов этой цепи (провод 1 + провод 2) составляет 30 Ом при стандартной температуре.Настроив таблицу значений напряжения, тока и сопротивления получаем:

При 20°С мы получаем 12,5 вольт на нагрузке и всего 1,5 вольта (0,75 + 0,75) на сопротивлении провода. Если бы температура поднялась до 35° по Цельсию, мы могли бы легко определить изменение сопротивления для каждого отрезка провода. Предполагая использование медной проволоки (α = 0,004041), получаем:

[латекс]R = R_{ref}[1+α(T-T_{ref})][/латекс]

[латекс]= (15 Ом)[1+0.004041(35°-20°)][/латекс]

[латекс]= 15,909 Ом[/латекс]

 

Пересчитав значения нашей схемы, мы видим, какие изменения принесет это повышение температуры:

Как видите, напряжение на нагрузке понизилось (с 12,5 вольт до 12,42 вольт) и увеличилось падение напряжения на проводах (с 0,75 вольт до 0,79 вольт) в результате повышения температуры. Хотя изменения могут показаться небольшими, они могут быть значительными для линий электропередач, протянувшихся на километры между электростанциями и подстанциями, подстанциями и нагрузками.На самом деле энергетическим компаниям часто приходится учитывать изменения сопротивления линий, возникающие в результате сезонных колебаний температуры, при расчете допустимой нагрузки системы.

 

  • Удельное сопротивление большинства проводящих материалов изменяется при изменении температуры. Поэтому значения удельного сопротивления всегда указываются при стандартной температуре (обычно 20° или 25° по Цельсию).
  • Коэффициент изменения сопротивления на градус Цельсия при изменении температуры называется температурным коэффициентом сопротивления .Этот фактор обозначается строчной греческой буквой «альфа» (α).
  • Положительный коэффициент для материала означает, что его сопротивление увеличивается с повышением температуры. Чистые металлы обычно имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Коэффициенты, приближающиеся к нулю, можно получить путем сплавления некоторых металлов.
  • Отрицательный коэффициент для материала означает, что его сопротивление уменьшается с повышением температуры. Полупроводниковые материалы (углерод, кремний, германий) обычно имеют отрицательные температурные коэффициенты сопротивления.

 

Атомы в изоляционных материалах имеют очень прочно связанные электроны, очень хорошо сопротивляющиеся свободному потоку электронов. Однако изоляторы не могут выдерживать неограниченное количество напряжения. При подаче достаточного напряжения любой изоляционный материал в конечном итоге поддастся электрическому «давлению», и тогда возникнет ток. Однако, в отличие от ситуации с проводниками, где ток прямо пропорционален приложенному напряжению (при фиксированном сопротивлении), ток через изолятор довольно нелинейный: при напряжениях ниже определенного порога ток практически не течет, но если приложенное напряжение превышает это пороговое напряжение (известное как напряжение пробоя или  электрическая прочность ), возникнет бросок тока.

Электрическая прочность диэлектрика   – это напряжение, необходимое для  пробоя диэлектрика , то есть для пропускания тока через изоляционный материал. После пробоя диэлектрика материал может больше вести себя как изолятор, а может и не вести себя, молекулярная структура была изменена в результате нарушения. Обычно имеется локальный «прокол» изолирующей среды, где ток протекал во время пробоя.

Толщина изоляционного материала играет роль в определении его напряжения пробоя.Удельная диэлектрическая прочность иногда выражается в вольтах на мил (1/1000 дюйма) или киловольтах на дюйм (эти две единицы эквивалентны), но на практике было обнаружено, что зависимость между напряжением пробоя и толщиной не такова. именно линейно. Изолятор в три раза толще, имеет диэлектрическую прочность чуть меньше, чем в 3 раза. Тем не менее, для грубой оценки вполне достаточно значений вольт на толщину.

 

Материал* Диэлектрическая прочность (кВ/дюйм)
Пылесос 20
Воздух от 20 до 75
Фарфор от 40 до 200
Парафиновый воск от 200 до 300
Трансформаторное масло 400
Бакелит от 300 до 550
Резина от 450 до 700
Шеллак 900
Бумага 1250
Тефлон 1500
Стекло от 2000 до 3000
Слюда 5000

* = Перечисленные материалы специально подготовлены для использования в электротехнике.

 

  • При достаточно высоком приложенном напряжении электроны могут высвобождаться из атомов изоляционных материалов, что приводит к возникновению тока через этот материал.
  • Минимальное напряжение, необходимое для «пробоя» изолятора путем пропускания через него тока, называется напряжением пробоя или диэлектрической прочностью .
  • Чем толще кусок изоляционного материала, тем выше напряжение пробоя при прочих равных условиях.
  • Удельная диэлектрическая прочность обычно выражается в одной из двух эквивалентных единиц: вольт на мил или киловольт на дюйм.
.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.