Периодически в сообщения группы приходят вопросы о соответствии или несоответствии реального сечения жилы ГОСТовского кабеля с указанным на оболочке номиналом. Эти же вопросы часто можно увидеть на стенах сообществ по электротехнике.
Часто случается так, что человек замеряет диаметр жилы штангенциркулем и вычисляет площадь поперечного сечения, после чего оказывается, что замеренное сечение жилы не соответствует указанному. Давайте разберемся плохо ли это и с чем это связано.
Немного геометрии
Начнем с того, что форма токопроводящих жил большинства кабелей (и поголовно всех кабелей, использующихся в электропроводке — 1.5, 2.5, 4 мм²), а вернее, форма их поперечного среза круглая. Те же кто учился в школе и посещал занятия по геометрии знают, что площадь окружности можно вычислить через диаметр по формуле:
или через её радиус:
Так как жилы круглые в сечении, то и площадь их поперечного сечения может быть вычислена по этим же формулам.
Перейдем к требованиям
Требования к токопроводящим жилам кабелей и проводов в Российской Федерации регламентируются в ГОСТ 22483-2012, он же IEC 60228:2004, а именно требования:
· к номинальному сечению;
· к диаметру и количеству проволок в жилах;
· к электрическому сопротивления жил.
Для токопроводящих жил электрических кабелей проводов и шнуров разных классов гибкости сечением до 2500 мм². Также в документе приводятся нормы к прочности алюминиевых жил при разрыве (раздел 4, таблицы 1 и 2).
Первое на что нужно обратить внимание в этом стандарте, так это на термин «номинальное сечение»:
П. 2.2. номинальное сечение (nominal cross-sectional area): Значение, идентифицирующее определенный размер жилы, но не подлежащее проверке непосредственным измерением.
То есть размер оно определяет, но измерять его необязательно, ниже по этому поводу даётся пояснение в примечании:
Примечание - Для каждого конкретного размера жилы установлено требование по максимальному значению электрического сопротивления. Фактическое сечение жил может отличаться от номинального при соответствии электрического сопротивления требованиям настоящего стандарта.
Выделенное жирным также выделено и в обсуждаемом документе. Таким образом сечение, пусть то 1.5 или 2.5 мм², говорит лишь о том, что жила способна выдержать допустимый для этой размерности ток, а не о физических размерах жилы.
Напомню, что в таблице 1.3.4 ПУЭ, приведены значения допустимого длительного тока для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами.
В разделе 5 ГОСТ 22483-2012 и приводятся требования к однопроволочным и многопроволочным жилам – к их конструкции и сопротивлению. Например, в таблице 3 для однопроволочных жил класса 1 и многопроволочных (для больших сечений).
Аналогичные данные приведены и для многопроволочных жил высших классов (таблица 4), здесь их приводить не будем, посмотреть эти таблицы вы можете в источнике. Как вы можете видеть в таблице указывается только номинальное сечение и сопротивления 1 километра жилы при температуре 20°С, о диаметре здесь речи не идёт. Слово «диаметр» встречается только в таблицах 5, 6, 7, и 8 одна из которых расположена ниже.
Но здесь указывается максимальный диаметр проволок в многопроволочной жиле 3-6 класса, то есть этот диаметр производитель должен выдерживать, чтобы жила была достаточно гибкой, другими словами, для обеспечения необходимых механических свойств.
Почему нет требований к минимальному диаметру?
Прежде чем дать ответ на этот вопрос, давайте немного порассуждаем.
Q: Какое назначение электрического кабеля?
A: Проводить электрический ток.
Q: Есть ли требования к тому, как он будет проводить ток?
A: Токопроводящие жилы кабеля должны иметь минимальное сопротивление, чтобы снизить потери, то есть бесполезный нагрев и минимизировать просадки напряжения под нагрузкой.
Q: Почему в таблицах из ПУЭ сказано «допустимый длительный ток» и какой это ток?
A: Допустимый длительный ток – это такой ток, который может протекать через проводник без повреждения последнего. То есть при этом токе не будет критичного нагрева проводника, нарушения целостности его изоляции и изменения электрических параметров.
В п. 1.3.2, 1.3.10 ПУЭ сказано следующее:
«1.3.2. Проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин и т. п…»
«1.3.10. Допустимые длительные токи для проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией, шнуров с резиновой изоляцией и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках приведены в табл. 1.3.4-1.3.11. Они приняты для температур: жил +65, окружающего воздуха +25 и земли + 15°С.»
Для обеспечения же электрических свойств проводника нормируется сопротивление.
Q: От чего зависит нагрев проводника?
A: Согласно закона Джоуля-Ленца:
«Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка.»
Q: Так как нагрев зависит от сопротивления, то логично вспомнить от чего зависит сопротивление проводника?
A: Сопротивление проводника определяется по формуле:
Где р – удельное сопротивление, l – длина, S – площадь поперечного сечения.
Даже при условии необходимого поперечного сечения токопроводящей жилы нет гарантии, что её сопротивление будет соответствовать норме. Поскольку, кроме физических размеров ТПЖ сопротивление зависит и от удельного сопротивления металла.
Удельное сопротивление, в свою очередь, зависит от состава проводника, то есть из какого материала он сделан. Таким образом, несколько проводников максимально приближенных друг к другу своим сечением, но изготовленные из меди разного качества могут существенно отличаться по сопротивлению.
Опытные электрики наверняка замечали, жилы разных кабелей, пусть все будут медные, часто немного отличаются друг от друга по цвету, что уже намекает на разницу в их составе.
Поэтому в ГОСТе не нормируется минимальный диаметр жил с определенным номинальным сечением, но нормируется их сопротивление. В конце прошлого года мы публиковали видео о том, как в ЭТМ проверяют кабельные изделия, в конце которого вы увидите, как проверяют кабели, а также как производится измерение сопротивления его жил. Это делается с целью проверки соответствия продукции государственному стандарту.