Правильное питание любой автомобильной аудиосистемы очень важно, как для хорошего звука, так и для безопасности. Выбор качественного силового провода не всегда простая задача, особенно для новичков.

В этом видео Евгений Афанасьев расскажет о том, какие задачи решаются при выборе силового кабеля и как грамотно выбрать нужное его сечение. Вы узнаете, как защитить провод от
перегрева и не превысить допустимые потери.

Если видео было вам полезным, поделитесь им с друзьями!

Ниже читайте текстовую версию данного видео.

Как выбрать сечение силового провода кабеля

Всем привет, дорогие друзья, с вами Евгений Афанасьев. Сегодня я постараюсь ответить на вопрос, который часто возникает у наших подписчиков, а именно: «Как выбрать сечение силового кабеля?». Какие задачи решаются при выборе силового кабеля? Их две, основные:

1. Защита самого провода от перегрева
2. Не превышение допустимых потерь

Начнём с защиты провода от перегрева. По проводнику проходит ток, при этом он выделяет тепло. Внешняя поверхность провода это тепло рассеивает. И вот на этом балансе между нагревом провода и отводом тепла в окружающую среду собственно и держится жизнь кабеля. Вот этот баланс не следует нарушать, иначе провод перегреется и разрушиться. Об этом балансе мы сейчас и поговорим.

Согласно закону Джоуля-Ленца, нагрев провода зависит от квадрата тока и от сопротивления проводника. На слайде показана подробная формула, давайте её разберём: тепловая мощность, которая рассеивается в проводнике (в ваттах), равняется току в квадрате (в амперах), умножить на сопротивление в омах.

В качестве сопротивления, так как у нас используется провод, мы берём сопротивление провода. Длину провода (L) нужно разделить на площадь поперечного сечения и умножить на ρ (ро), это удельная проводимость. Так как мы рассматриваем медный провод, то берём удельную проводимость меди, а именно — 0,0175 Ом*мм²/м.

Алюминиевые провода я не рекомендую использовать, но если вдруг это случится, формулы годятся и для алюминиевых проводов. Просто нужно будет взять ρ (ро) не меди, а алюминия. Если мы подставим в эту формулу удельное сопротивление меди, при длине провода 1 м (в качестве L возьмём 1), то получим следующую формулу: что тепло, рассеиваемое в одном метре провода (измеряется в милливаттах) равно 17,5 * ток в амперах (в квадрате) поделить на площадь поперечного сечения в миллиметрах квадратных.

Почему я взял длину провода 1 м, скоро станет понятно, ведь сколько бы тепла не рассеивалось на каждом метре, собственно от длины провода это зависеть особо не будет. То есть каждый метр провода, какой бы длины он не был, греется одинаково, как если бы он был коротким или длинным. Это будет сказываться на потерях, но сейчас мы говорим только о нагреве провода.

Охлаждение провода происходит точно так же, как охлаждение и нагрев любых других тел. Для этого в физике есть как минимум три механизма. Первый, это излучение тепла внешней поверхностью провода. То есть, горячий провод просто излучает тепло в среду. Второй, это конвекция воздуха вокруг провода.

В некоторых случаях это имеет значение, например, если бы мы говорили о проводах ЛЭП, которые обдуваются ветром, но в автозвуке этот механизм можно не принимать во внимание, так как провода обычно пролегают там, где воздух не «гуляет». Также есть и прямой отвод тепла через соприкасающиеся предметы. Например, если провод прижать к какому-либо радиатору, он будет лучше охлаждаться. Кстати, в некоторых сильноточных промышленных цепях используется даже жидкостное охлаждение проводов.

Как видите, на слайде подчёркнута только первая строчка, так как конвекцией воздуха мы можем пренебречь и отвод тепла через соприкасающиеся объекты тоже незначительный, поэтому мы не можем его гарантировать. Так как провод где-то прилегает к металлу, а где-то — нет. Собственно, весь процесс охлаждения идёт через излучение внешней поверхностью провода.

От чего же зависит это охлаждение через излучение? Так как охлаждение происходит через внешнюю поверхность, то степень охлаждения целиком и полностью будет зависеть от площади этой внешней поверхности. На самом деле, охлаждение будет зависеть и от толщины изоляции, материала, даже её цвета. Но эти факторы имеют гораздо меньшее значение. Основную роль играет внешняя поверхность провода.

Если мы рассматриваем цилиндрический провод, то его площадь, это площадь боковой поверхности цилиндра (длина окружности — 2 πr) умножить на длину провода L. Я формулу немного перевернул, так как мы имеем дело, в основном, не с радиусом, а с площадью сечения.

Опять же, для примера мы будем рассматривать длину провода в 1 м, поэтому в качестве L мы поставим 1000 мм. И вот у нас получается такая формула. Чтобы она была более удобной, мы цифры переведём из миллиметров в сантиметры. Получается, что площадь поверхности провода, это 20 корней из π умножить на площадь сечения в миллиметрах квадратных.

Итак, мы разобрались, от чего зависит нагрев и охлаждение провода. Давайте теперь объединим эти знания в чём-то одном. Напомню, что у нас получились такие формулы по нагреву и формула по поверхности провода. Если мы разделим одно на другое, получается вот такая формула:

Что же нам это даёт? Да, мы поняли, как определить нагрев. Но как же понять, достаточно ли будет охлаждения для какого-либо провода? Такие данные были выведены экспериментально, много десятилетий назад, составлены таблицы. Эти таблицы многие из вас наверняка видели.

Они есть для автозвуковых соревнований, так и для электриков, по ПУЭ (правила устройства электоустановок). Давайте эти таблицы рассмотрим и сделаем их анализ. Есть таблица по правилам правилам проводки по ЭММА. Вы видите её на слайде. Есть по АМТ, по RASCA.

Все эти данные взяты с официальных сайтов, на данный момент. И есть таблицы ПУЭ (правила устройства электроустановок). Это наши отечественные ГОСТы для электриков.

Кстати говоря, вы можете обратить внимание, что эти правила более серьёзные и более продуманные, чем правила автозвуковых соревнований. Например, одножильные и двухжильные провода имеют несколько разные пределы по току. Объяснить это очень легко. К примеру, если рядом идут два провода или даже три (если провод трёхжильный), они греют друг друга, соответственно, затрудняют охлаждение один одного.

Поэтому, чем больше проводов лежит рядом, тем меньший ток мы может позволить через них пропустить. Также при прокладке кабеля по воздуху и по земле, применяются разные коэффициенты (можно пустить разный ток). Так как земля является хорошим отводом тепла, то в земле допускаются большие токи, чем для открытой проводки.

Ну и давайте проанализируем все эти данные. Формулы и таблицы, которые вы видели, я добавил в Exel, посчитал и нашёл, сколько милливатт тепла рассеивается квадратным сантиметром провода. Оказалось, что для всех таблиц это значение более-менее одинаковое. Оно получилось по всем таблицам — около 74. И в каждой таблице это число примерно такое же. Но некоторые отличия всё же есть.

В таблицах данные неудобно рассматривать, поэтому давайте рассмотрим графики. Просто интересно сделать такой анализ. Давайте сразу начнём с ПУЭ, то есть наших отечественных ГОСТов по правилам устройства электроустановок.

Мы видим довольно ровную прямую. Она имеет меньше всего колебаний. Таблица ПУЭ больше всего соответствует теории, которую я вам изложил. Площадь поверхности увеличивается и все формулы, что мы задали действительны. Чего же мы не учли? Почему этот график по ПУЭ идёт вниз?

Дело в том, что когда провод имеет довольно-таки толстое сечение, теплу нужно не только рассеяться, но ещё и от внутренних слоёв дойти до внешних слоёв провода, и уже оттуда охлаждаться. Поэтому чем более толстый провод, тем его сложнее охлаждать. Сложнее, потому что труднее всего охлаждать его внутренние слои. Поэтому этот график имеет такой ниспадающий тренд, который идёт немножечко вниз.

Давайте посмотрим графики по правилам автозвуковых соревнований. Совпадают ли их данные с теорией. Кстати, следует сказать то, что по ПУЭ требования самые беспощадные. Например, в ПУЭ допустимо греть провод до 100-150 милливатт на квадратный сантиметр. Объясняется это тем, что из ПУЭ мы взяли только одну из таблиц. То есть, не учитывали другие варианты.

Там есть поправочные коэффициенты на внешнюю температуру, на количество жил, на то, где они пролегают. Если будет несколько жил, как вы видели в таблицах, то ток будет меньше. Но здесь мы просто описываем модель.

Что касается АМТ. У АМТ на графике практически прямая. То есть, она тоже довольно логична. Но ещё нужно сказать, что она и самая щадящая. По АМТ провод греется не больше 50-60 милливатт на квадратный сантиметр. Это самые строгие, но и самые щадящие, по отношению к проводке, правила. Единственное исключение, которое я не могу объяснить, это то, что провод с сечением 2,5 мм², по версии АМТ, можно греть почти вдвое больше, чем все остальные провода. Но даже этот сильный нагрев всё равно меньше, чем в таблицах остальных форматов соревнований.

По RASCA тоже прямая, но она идёт вверх, что несколько нелогично. Что здесь происходит — по версии RASCA слаботочные провода излишне жалеют, их боятся греть. А на «сильноточку» довольно смелые заявки. Так сильно греть сильноточные толстые провода, порядка 35, 50, 70 мм², ни по каким правилам соревнований больше нельзя.

Что касается графика от АМТ, то кривая на графике кривая, «гуляющая», но довольно логичная. Если есть желание участвовать во всех версиях соревнований и выполнить силовую проводку с максимальным запасом надёжности, необходимо для каждого из сечений выбирать самое строгое требование из всех правил. Кроме провода 2,5 мм² самые строгие требования по версии АМТ.

Если очень хочется сэкономить и если вы уверены, что вписываетесь в рамки правил тех соревнований, куда собираетесь, можете удовлетворять требования лишь тех правил, которые выбрали. Например, если вы едете только на RASCA, то можете себе позволить на провод 35 мм² пустить ток в 200 А, что не допускается больше ни на каких соревнованиях. НО Я ТАК НЕ РЕКОМЕНДУЮ!

Вместе с тем, в правилах автозвуковых соревнований нет такой продуманности, как в серьёзных правилах ПУЭ. И там не оговаривается такой момент, как пролегание множества проводов рядом. Если вы планируете тянуть очень серьёзную силовую проводку, несколько протяжек, например 5-6 протяжек плюсовой «нулёвки» из-под капота и столько же «минуса» (большое количество проводов идёт рядом), не стоит этого делать!

Несмотря на то, что в правилах соревнований по автозвуку об этом не говорится, вспомните о том, что я вам сейчас рассказываю, вспомните о ПУЭ, и подумайте о том, что не надо располагать провода очень плотным пучком. Желательно оставить между ними какие-то зазоры, чем больше, тем лучше, чтобы провода могли охлаждаться каждый по отдельности, а не греть друг друга.

Вот на это я рекомендую обратить внимание, особенно если вы собираетесь использовать эту проводку на все 100 %. Можно проложить их и плотным пучком, но только в том случае, если у вас есть серьёзный запас по сечению. Если же планируется максимальная нагрузка, провода нужно немного разредить, не прокладывать их плотным пучком.

Собственно, вот и всё, что я вам хотел рассказать о том, как защитить провод, как не дать ему перегреться. И нам осталось решить вторую задачу, а именно — решить вопрос потери в проводах. В любом самом толстом проводе, если он не сделан из сверхпроводника, а медь в нормальных условиях — это никак не сверхпроводник, есть потери.

Они могут быть маленькими или большими. Вопрос в том, с какими потерями вы готовы мириться. Совсем без потерь никак не получится. Просто они могут быть маленькими или ничтожно маленькими.

По закону Ома (на слайде я вам его напомнил) напряжение, которое падает на проводе, прямо пропорционально току в этом проводе и прямо пропорционально сопротивлению. О том, как посчитать сопротивление, я вам недавно рассказывал, но напомню ещё раз: удельное сопротивление меди, например.

И ради примера возьмём те же правила АМТ и попробуем на каждое из этих сечений провода пустить максимальный ток, который допустим для этого провода. А потом посмотрим на потери, которые будут на пятиметровом участке провода. Я выложил табличку, в которой можно посмотреть, какие будут потери в 5 м провода. К примеру, на «нулёвке», при токе 200 ампер, у нас потеряются 0,35 вольта (350 милливольт).

По этим формулам вы можете посчитать провод в вашей ситуации — поместить в эту формулу тот провод, который вы используете, его сечение и его длину. Тогда вы будете знать, какой «просад» и при каком токе у вас будет на проводе. Как видно, в общем и целом, что касается проводов серьёзного сечения, начиная хотя бы от 33 мм², у нас теряется где-то 0,3-0,4 вольта в проводе.

Если вы считаете, что это много и если хотите, чтобы потери были меньше, то вам нужно использовать провод большего сечения. Это будет только на благо. Тогда и «просад» будет меньше и проводу будет легче. Он будет меньше греться, а система будет надёжнее. А если вас устраивают эти потери, то всё можно оставить так, как есть, воспользовавшись рекомендациями АМТ. Но никто не запрещает их превысить, сделав ещё больший запас.

Вот и всё, что я хотел рассказать о том, как выбрать силовой провод. Мы поговорили о том, как защитить сам провод, как позволить проводу охлаждаться, не перегреваться, если мы прокладываем слишком плотный пучок проводов. Ну и о том, как подобрать провод по желаемым потерям. Именно желаемым, потому что без потерь никак не получится. На сегодня всё! Всем спасибо, всем пока!

С вами была Школа Автозвука и Евгений Афанасьев.