Сопротивление проводов вычисление с учётом эксплуатационных факторов

Сопротивление проводов вычисление с учётом эксплуатационных факторов

Электрическое сопротивление является основной характеристикой проводниковых материалов. В зависимости от области применения проводника величина его сопротивления может играть как положительную, так и отрицательную роль в функционировании электротехнической системы. Также, особенности применения проводника могут вызывать необходимость учёта дополнительных характеристик, влиянием которых в конкретном случае нельзя пренебрегать.

Природа сопротивления

Проводниками являются чистые металлы и их сплавы. В металле, фиксированные в единую «прочную» структуру атомы, обладают свободными электронами (так называемый «электронный газ»). Именно эти частицы в данном случае являются носителями заряда. Электроны находятся в постоянном беспорядочном движении от одного атома к другому. При появлении электрического поля (подключении к концам металла источника напряжения) движение электронов в проводнике становится упорядоченным. Движущиеся электроны встречают на своём пути препятствия, вызванные особенностями молекулярной структуры проводника. При столкновении со структурой носители заряда теряют свою энергию, отдавая её проводнику (нагревают его). Чем больше препятствий проводящая структура создаёт носителям заряда, тем выше сопротивление.

При увеличении поперечного сечения проводящей структуры для одного количества электронов «канал пропускания» станет шире, сопротивление уменьшится. Соответственно, при увеличении длины провода таких препятствий будет больше и сопротивление увеличится.

Таким образом, в базовую формулу для вычисления сопротивления входит длина провода, площадь поперечного сечения и некий коэффициент, связывающий эти размерные характеристики с электрическими величинами напряжения и тока (1). Этот коэффициент называют удельным сопротивлением.
R= r*L/S (1)

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление неизменно и является свойством вещества, из которого изготовлен проводник. Единицы измерения r — ом*м. Часто величину удельного сопротивления приводят в ом*мм кв./м. Это связанно с тем, что величина сечения наиболее часто применяемых кабелей является относительно малой и измеряется в мм кв. Приведём простой пример.

Задача №1. Длина медного провода L = 20 м, сечение S = 1.5 мм. кв. Рассчитать сопротивление провода.
Решение: удельное сопротивление медного провода r = 0.018 ом*мм. кв./м. Подставляя значения в формулу (1) получим R=0.24 ома.
Вычисляя сопротивление системы питания сопротивление одного провода нужно умножить на количество проводов.
Если вместо меди использовать алюминий с более высоким удельным сопротивлением (r = 0.028 ом*мм. кв./м), то сопротивление проводов соответственно возрастёт. Для вышеприведенного примера сопротивление будет равно R = 0.373 ома (на 55 % больше). Медь и алюминий – основные материалы для проводов. Существуют металлы с меньшим удельным сопротивлением, чем удельное сопротивление меди, например серебро. Однако его применение ограничено из-за очевидной дороговизны. В таблице ниже приведены сопротивления и другие основные характеристики проводниковых материалов.
Таблица – основные характеристики проводников

Металл r, ом*мм. кв /м γ, м/(ом*мм. кв.) α, 1/°С
Медь 0,018 57 0.0043
Алюминий 0,027 35 0.0045
Сталь 0.13 7.7 0.00625
Нихром 0.98 1.01 0.0003

Тепловые потери проводов

Если с помощью кабеля из вышеприведенного примера к однофазной сети 220 В подключить нагрузку 2.2 кВт, то через провод потечёт ток I = P / U или I=2200/220=10 А. Формула для вычисления мощности потерь в проводнике:
Pпр=(I^2)*R (2)
Пример № 2. Рассчитать активные потери при передаче мощности 2.2 кВт в сети с напряжением 220 В для упомянутого провода.
Решение: подставив значения тока и сопротивления проводов в формулу (2), получим Pпр=(10^2)*(2*0.24)=48 Вт.
Таким образом, при передаче энергии от сети в нагрузку потери в проводах составят чуть больше 2%. Эта энергия превращается в тепло, выделяемое проводником в окружающую среду. По условию нагрева проводника (по величине тока) производят выбор его сечения, руководствуясь специальными таблицами.
Например, для вышеприведенного проводника максимальный ток равен 19 А или 4.1 кВт в сети напряжения 220 В.

Для уменьшения активных потерь в линиях электропередач применяют повышенное напряжение. При этом ток в проводах понижается, потери падают.

Влияние температуры

Рост температуры приводит к увеличению колебаний кристаллической решётки металла. Соответственно, электроны встречают большее количество препятствий, что приводит к росту сопротивления. Величину «чувствительности» сопротивления металла к росту температуры называют температурным коэффициентом α. Формула учёта температуры выглядит следующим образом
R=Rн*[1+ α*(t°-t°н)], (3)
где Rн – сопротивление провода при нормальных условиях (при температуре t°н); t° — температура проводника.
Обычно t°н = 20° С. Значение α также указывают для температуры t°н.
Задача 4. Рассчитать сопротивление медного провода при температуре t° = 90° С. α меди = 0.0043, Rн = 0.24 Ома (задача 1).
Решение: подставив значения в формулу (3) получим R = 0.312 Ом. Сопротивление анализируемого нагретого провода на 30% больше его сопротивления при комнатной температуре.

Читайте также:  Семиместные автомобили рейтинг лучших семейных авто всех марок на 2018 год

Влияние частоты

При увеличении частоты тока в проводнике происходит процесс вытеснения зарядов ближе к его поверхности. В результате увеличения концентрации зарядов в поверхностном слое растёт и сопротивление провода. Этот процесс получил название «скин — эффект» или поверхностный эффект. Коэффициент скин – эффекта также зависит от размеров и формы провода. Для вышеприведенного примера при частоте переменного тока 20 кГц сопротивление провода увеличится приблизительно на 10%. Отметим, что высокочастотные компоненты может иметь сигнал тока многих современных промышленных и бытовых потребителей (энергосберегающие лампы, импульсные источники питания, преобразователи частоты и так далее).

Влияние соседних проводников

Вокруг любого проводника, по которому течёт ток, существует магнитное поле. Взаимодействие полей соседних проводников также вызывает потери энергии и называется «эффектом близости». Также отметим, что любой металлический проводник обладает индуктивностью, создаваемой проводящей жилой, и ёмкостью, создаваемой изоляцией. Этим параметрам также свойственен эффект близости.

Технологии

Высоковольтные провода нулевого сопротивления

Данный тип проводов широко применяется в системах зажигания автомобилей. Сопротивление высоковольтных проводов достаточно мало и составляет несколько долей ома на метр длины. Напомним, что сопротивление такой величины невозможно измерять омметром общего применения. Зачастую для задачи измерения малых сопротивлений применяют измерительные мосты.
Конструктивно такие провода имеют большое количество медных жил с изоляцией на основе силикона, пластмасс или других диэлектриков. Особенность применения таких проводов заключается не только в работе при высоком напряжением, но и передаче энергии за короткий промежуток времени (импульсный режим).

Биметаллический кабель

Основная сфера применения упомянутых кабелей – передача высокочастотных сигналов. Сердечник провода изготавливают из металла одного типа, поверхность которого покрывают металлом другого типа. Поскольку на высоких частотах проводящим является только поверхностный слой проводника, то есть возможность замены внутренности провода. Тем самым достигается экономия дорогостоящего материала и повышаются механические характеристики провода. Примеры таких проводов: медь с нанесением серебряного покрытия, сталь с медным покрытием.

Заключение

Сопротивление провода – величина, которая зависит от группы факторов: тип проводника, температура, частота тока, геометрические параметры. Значимость влияния этих параметров зависит от условий эксплуатации провода. Критериями оптимизации в зависимости от задач для проводов могут быть: уменьшение активных потерь, улучшение механических характеристик, снижение цены.

Как сказывается падение напряжения в кабельной линии системы видеонаблюдения?

Как сказывается падение напряжения в кабельной линии системы видеонаблюдения?

Система видеонаблюдения достаточно сложный комплекс оборудования, качественная работа которого зависит от очень многих факторов.

Сегодня речь пойдет о кабельной линии, от которой зависит качество видеоизображения, выводимого на мониторы.

Главная проблема состоит в том, что чем длиннее кабель, идущий от камеры к видеорегистратору – тем больше происходят потеря напряжения. В результате не только снижается качество видео, но и оборудование исчерпывает свой ресурс раньше заложенного в него производителем срока.

Читайте также:  Так вот для чего эта дырочка 10 привычных вещей, об; истинном назначении которых мы; не; знали

Чаще всего падение напряжения происходит при включении инфракрасной подсветки. В этом случае меняется сопротивление камеры, а значит потребляемое напряжение возрастает. При понижении же напряжения увеличивается потребление тока, что соответствует закону Ома для участка цепи и определения мощности P= UI.

Вот только к видеокамерам данный закон неприменим, так как он не учитывает наличие реактивных сопротивлений, сопротивление кабеля и микросхем.

Подключение инфракрасной подсветки (ИП) камеры приводит к потери сопротивления в сети, которое можно высчитать по формуле: UИП=2Uкаб+Uкам

При снижении напряжения ниже определенного уровня, причем для каждой модели камеры он свой,
происходит увеличение потребления тока камерой, что в свою очередь ведет к снижению напряжения в кабеле. По сути получается замкнутый круг. И снижение напряжения будет продолжаться до предела, определенного минимальным напряжением на схему камеры.

Сама степень падения напряжения в кабеле прямо зависит от его сопротивления: Uкаб=IкамRкаб, где Rкаб=ρ*l/S. То есть, чем длиннее и тоньше кабель, тем его сопротивление больше.

Поэтому при монтаже систем видеонаблюдения очень важно правильно подобрать кабель. Для того чтобы просчитать сопротивление кабеля, нужно использовать справочные характеристики, которые даны производителем кабеля.

Далее нужно просчитать необходимое напряжение от источника питания для нормальной и бесперебойной работы системы. Именно от этого показателя зависит будет ли камера без потерь переключаться из инфракрасного режима в дневной, сохраняя номинальное напряжение в районе 11-13В.

Для максимального снижения падения напряжения в кабеле питания необходимо максимально уменьшить его сопротивление, что осуществляется за счет подбора оптимального сечения кабеля.

Для расчета удельного сопротивления кабеля необходимо воспользоваться формулой: R=(0.0175*L/S )*2, где 0,0175 – сопротивление медного проводника, L – длина кабеля питания, S – поперечное сечение центрального проводника.

Для примера рассчитаем удельное сопротивление кабеля сечением 0,75 мм2 и длиной 50 м: R=(0.0175*50/0,75 )*2 = 2,3 Ом.

Теперь посчитаем, какое падение напряжения будет в кабеле питания. Сделать это можно по формуле: U = I*R. Чтобы вычислить I делим мощность, потребляемую камерой на напряжение питания.

К примеру, мощность потребления 3,5 Вт, а напряжение питания 12В. Делим 3,5/12, и получаем 0,29А. Считаем формулу: U = 0,29*2,3 = 0,67. Получаем, что на кабеле сечением 0,75 мм2, и длиной 50 метров падение напряжения составит 0,67В, что находится в допустимых пределах.

Общая формула расчета падения падения напряжения в линии питания системы видеонаблюдения производится по формуле: ΔU(в)=I·R·L, где:

R — удельное сопротивление кабельной линии, Ом/м
I — ток, потребляемый видеокамерой, мА
L — длина кабельной линии, м

Максимально допустимое падение может быть не более 2В, дальше начнутся проблемы с питанием камеры, и если при расчетах у вас получаются большие цифры, то необходимо использовать кабель с большим сечением, и провести расчеты заново, либо подобрать более мощный блок питания для камеры видеонаблюдения в зависимости от полученных значений падения напряжения в кабеле.

Очень важно следить за тем, чтобы напряжение в месте подключения кабеля к камере не превышало допустимых значений и не опускалось ниже 10В, поэтому перед тем, как подключить кабель к устройству видеонаблюдения, лучше проверить напряжение тестером, а после чего при необходимости отрегулировать его на блоке питания.

Таким образом, чтобы минимизировать падение напряжения в кабеле можно предпринять несколько действий:

  • Использовать БП большей мощности и кабеля с большим сечением;
  • Установить БП рядом с камерой;
  • Использовать камеры с номинальным напряжением 24В.

Также помните, что для большинства видеокамер систем наблюдения допустимое падение напряжения в линии питания составляет 10%, но лучше данный параметр уточнить в инструкции к камере.

Наша компания «Запишем всё» с 2010 года занимается монтажом, модернизацией и обслуживанием любых систем видеонаблюдения в Москве и Подмосковье. Мы работаем быстро, качественно и по доступным ценам. Перечень услуг и цены на их вы можете посмотреть здесь.

Читайте также:  Отзывы хозяев Форда Мондео четвертого поколения о своих автомобилях

Звоните +7 (499) 390-28-45 с 8-00 до 22-00 в любой день недели, в том числе и в выходные. Мы будем рады Вам помочь!

Чем длиннее провод тем больше сопротивление

СТРАНИЦЫ

  • О Блоге
  • О Викторе Егеле
  • Карта Сайта
  • Контакты

Рубрики

  • Импульсные источники питания (6)
  • Немного теории (21)
  • Практические примеры (17)
  • Светодиоды и светильники (4)
  • Справочные материалы (7)
  • Электромонтажные работы (4)

Электрическое сопротивление

Вещество (металл) из которого сделан проводник влияет на прохождение через него электрического тока и характеризуется с помощью такого понятия, как электрическое сопротивление.Электрическое сопротивление зависит от размеров проводника, его материала, температуры:

    • -чем длиннее провод, тем чаще движущиеся свободные электроны (носители тока) будут сталкиваться на своем пути с атомами и молекулами вещества — сопротивление проводника возрастaет;
    • — чем больше поперечное сечение проводника, тем свободным электронам становится просторнее, число столкновений уменьшается — электрическое сопротивление проводника уменьшается.

Вывод: чем длиннее проводник и меньше его сечение, тем больше его сопротивление и наоборот — чем провод короче и толще, тем сопротивление его меньше , а проводимость (способность пропускать эл. ток) его лучше.

Упрощенно, зависимость сопротивления проводника от температуры можно представить так: электроны, движущиеся вдоль проводника, сталкиваются с атомами и молекулами самого проводника и передают им свою энергию. В результате проводник нагревается, тепловое, беспорядочное движение атомов и молекул увеличивается. Это еще больше тормозит основной поток электронов вдоль проводника. Этим объясняется увеличение сопротивления проводника прохождению электрического тока при нагреве.

При нагреве или охлаждении проводников — металлов, сопротивление их соответственно увеличивается или уменьшается, из расчета 0,4 % на каждый 1 градус. Это свойство металлов используется при изготовлении датчиков температуры.

Полупроводники и электролиты имеют противоположное свойство, чем проводники — с увеличением температуры нагрева их сопротивление уменьшается.

За единицу измерения электрического сопротивления принят 1 Ом (в честь ученого Г.Ома). Сопротивлению в 1 Ом равен участок электрической цепи, по которому проходит ток в 1 Ампер при падении на нем напряжения в 1 Вольт,

Иногда пользуются величиной обратной электрическому сопротивлению. Это электрическая проводимость, обозначается буквой g или G – Сименс (в честь ученого Э.Сименса).

Электрической проводимостью называется способность вещества пропускать через себя электрический ток. Чем больше сопротивление R проводника, тем меньше его проводимость G и наоборот. 1 Ом = 1 Сим

1Сим = 1000мСим,
1Сим = 1000000мкСим.

Когда необходимо посчитать общее сопротивление последовательно соединенных проводников, то удобнее оперировать с Омами. если вычисляется общее сопротивление параллельно соединенных проводников, удобней считать в Симах, а потом преобразовать в Омы.

Наибольшей проводимостью обладают металлы: серебро, медь, алюминий и др., а также растворы солей, кислот и др.
Наименьшая проводимость (наибольшее сопротивление) у изоляторов: слюда, стекло, асбест, керамика и т.д.

Чтобы удобнее проводить расчеты электрического сопротивления проводников, изготовленных из различных металлов, ввели понятие удельного сопротивления проводника.
Сопротивление проводника длиной 1 метр, сечением 1 мм. кв. при температуре + 20 градусов, это будет удельное сопротивление проводника «p» .

Удельные сопротивления проводников некоторых металлов приведены в таблице.

Из таблицы видно: из металлов, наилучшей проводимостью обладает серебро. Но оно очень дорого и в качестве проводников используется в исключительных случаях.

Медь и алюминий — наиболее распространенные материалы в электротехнике. Из них изготавливаются провода и кабели, электрические шины и пр. Вольфрам, константан, манганин используются в различных нагревательных приборах, при изготовлении проволочных резисторов.

Используя провода и кабели в электроустановках, необходимо учитывать их сечение, чтобы предотвратить их нагрев и, как правило, порчу изоляции, а также уменьшить падение напряжения и потерю мощности при передаче электрической энергии от источника до потребителя.

Ниже приведена таблица допустимых величин тока в проводнике в зависимости от его диаметра (сечения в мм.кв.), а так же сопротивление 1 метра провода, изготовленного из разных материалов.

Примеры расчето внекоторых электрических цепей можно посмотреть здесь.

Ссылка на основную публикацию
СОПРОВОЖДЕНИЕ И ОХРАНА НЕГАБАРИТНЫХ ГРУЗОВ — Перевозка негабарита
Перевозка негабаритных грузов, ПДД, регламенты, штрафы В правилах дорожного движения Российской Федерации есть глава №23, которая регламентирует правила транспортировки грузов....
Советский автопром завод имени Ленинского Комсомола — — LiveJournal
Советский автопром завод имени Ленинского Комсомола - — LiveJournal Мастерок.жж.рф Хочу все знать Давайте продолжим наши обсуждения советского автопрома. Кто...
Советы Nokian Tyres по безопасной эксплуатации шин
Как определить износ шин глубина протектора, индикатор С целью экономии денежных средств многие автолюбители предпочитают покупать скаты, бывшие в употреблении....
Сопротивление датчика температуры тэна стиральной машины — Ремонт стиральных машин своими руками ✔️
Как проверить датчик температуры в стиральной машине 2 Главная › Полезные статьи Вариантов проверки термодатчиков несколько. Первый и самый простой...
Adblock detector