Формула площади поперечного сечения проводника: понятие, расчет и таблица диаметров

В процессе возведения зданий и сооружений наступает этап, когда необходимо осуществить монтаж электропроводки. Возникают вопросы о выборе проводов или кабелей определенной марки, необходимом поперечном сечении и классе изоляции.

Площадь поперечного сечения как электротехническая величина

В качестве примера сечения можно рассмотреть распил изделия под углом 90 градусов относительно поперечной оси. Контур фигуры, получившейся в результате, определяется конфигурацией объекта. Кабель имеет вид небольшой трубы, поэтому при распиле выйдет фигура в виде двух окружностей определенной толщины. При поперечном рассечении круглого металлического прута получится форма круга.

В электротехнике площадь ПС будет значить прямоугольное сечение проводника в отношении к его продольной части. Сечение жил всегда будет круглым. Измерение параметра осуществляется в мм2.

Начинающие электрики могут перепутать диаметр и сечение элементов. Чтобы определить, какая площадь сечения у жилы, понадобиться учесть его круглую форму и воспользоваться формулой:

S = πхR2, где:

• S – площадь круга;
• π – постоянная величина 3,14;
• R – радиус круга.

Если известен показатель площади, легко найти удельное сопротивление материала изготовления и длину провода. Далее вычисляется сопротивление тока.

Для удобства расчетов начальная формула преобразуется:

1. Радиус – это ½ диаметра.
2. Для вычисления площади π умножается на D (диаметр), разделенный на 4, или 0,8 умножается на 2 диаметра.

При вычислениях используют показатель диаметра, поскольку его неправильный подбор может вызвать перегрев и воспламенение кабеля.

Основные определения и свойства

Определение 1. Площадью круга называют предел, к которому стремятся площади правильных многоугольников, вписанных в круг, при неограниченном возрастании числа сторон.

Определение 2. Длиной окружности называют предел, к которому стремятся периметры правильных многоугольников, вписанных в круг, при неограниченном возрастании числа сторон.

Замечание 1. Доказательство того, что пределы площадей и периметров правильных многоугольников, вписанных в круг, при неограниченном возрастании числа сторон действительно существуют, выходит за рамки школьной математики и в нашем справочнике не приводится.

Определение 3. Числом π (пи) называют число, равное площади круга радиуса 1.

Замечание 2. Число π является иррациональным числом, т.е. числом, которое выражается бесконечной непериодической десятичной дробью:

Число π является трансцендентным числом, то есть числом, которое не может быть корнем алгебраического уравнения с целочисленными коэффициентами.

Цели расчета

Рассчитывать параметры площади сечения проводника необходимо с несколькими целями:

• получение необходимого количества электричества для запитки бытовых приборов;
• исключение переплат за неиспользуемый энергоноситель;
• безопасность проводки и предотвращение возгораний;
• возможность подключения высокомощной техники к сети;
• предотвращение оплавления изоляционного слоя и коротких замыканий;
• правильная организация осветительной системы.

Оптимальное сечение провода для освещения – 1,5 мм2 для линии, 4-6 мм2 на вводе.

Соотношение диаметра кабеля с площадью его сечения

Определение посредством формулы площади поперечного сечения проводников занимает длительное время. В некоторых случаях уместно использовать данные из таблицы. Поскольку для организации современной проводки применяется медный кабель, в таблицу вносятся параметры:

• диаметр;
• сечение в соответствии с показателем диаметра;
• предельная мощность нагрузки проводников в сетях с напряжением 220 и 380 В.

Посмотрев данные в соответствующих колонках, можно узнать нужные параметры для электролинии жилого здания или производственного объекта.

ПЛОЩАДЬ КРУГА И ЕГО ЧАСТЕЙ. КОРОТКО О ГЛАВНОМ

Основные формулы:

• Площадь круга:

• Площадь сектора: , где: — величина угла сектора в радианах.

• Площадь сегмента:

Правило нахождения нестандартной части круга:

• непонятную фигуру нужно разделить на несколько стандартных (сектор, сегмент, треугольник и т.д.), потом посчитать площадь каждой стандартной фигуры и сложить все площади.

ОСТАВШИЕСЯ 2/3 СТАТЬИ ДОСТУПНЫ ТОЛЬКО УЧЕНИКАМ YOUCLEVER!

Стать учеником YouClever,

Подготовиться к ОГЭ или ЕГЭ по математике по цене «чашка кофе в месяц»,

А также получить бессрочный доступ к учебнику «YouClever», Программе подготовки (решебнику) «100gia», неограниченному пробному ЕГЭ и ОГЭ, 6000 задач с разбором решений и к другим сервисам YouClever и 100gia.

можно кликнув по этой ссылке.

Расчет сечения многожильного проводника

1. Находится показатель площади сечения у одной жилы.
2. Пересчитываются кабельные жилы.
3. Количество умножается на поперечное сечение одной жилы.

При подключении многожильного проводника его концы обжимаются специальной гильзой с использованием обжимных клещей.

Сечение и давление

Жил да был в славном 18 веке швейцарец Даниил Бернулли. Жил он, жил да и сформулировал между делом закон, который впоследствии положил начало современной гидродинамике и был назван его именем.

Если перевести сухой язык формул на привычный нам русский, то его можно сформулировать так: скорость потока обратно пропорциональна статическому давлению жидкости или газа в нем.

С практической стороны это означает, что на переходах диаметра трубопровода поток ведет себя вопреки здравому смыслу: увеличение сечения вызывает увеличение давления, а уменьшение и связанное с ним ускорение движения жидкости или газа – рост.

Взаимосвязь между сечением трубы, скоростью потока и давлением в нем.

В наше время этот эффект широко используется в механизмах самого разного назначения.

Приведем пару самых очевидных примеров, с которыми сталкивался любой из нас.

• Главный элемент теплового узла дома – элеватор.Он представляет собой сопло, в котором струя воды с более высокими температурой и давлением из подающего трубопровода впрыскивается в объем, заполненный более холодной водой с низким давлением из обратки. Благодаря падению статического давления в струе она вовлекает часть воды из обратного трубопровода через предназначенный для этой цели подсос в повторную циркуляцию. (См. также статью Как согнуть профильную трубу: особенности.)

Принципиальная схема работы элеватора – главного элемента теплового узла дома.

• Краскопульт и аэрограф используют тот же эффект: быстрый воздушный поток за счет создающегося в нем разрежения вытягивает из бачка краситель, дробит его, превращая в аэрозоль, и осаждает на окрашиваемой поверхности.

Особенности самостоятельного расчета

При помощи штангенциркуля

Способ оправдан, если будут измеряться параметры усеченного, или бракованного кабеля. К примеру, ВВГ может обозначаться как 3х2,5, но фактически быть 3х21. Вычисления производятся так:

1. С проводника снимается изоляционное покрытие.
2. Диаметр замеряется штангенциркулем. Понадобится расположить провод между ножками инструмента и посмотреть на обозначения шкалы. Целая величина находится сверху, десятичная – снизу.
3. На основании формулы поиска площади круга S = π (D/2)2 или ее упрощенного варианта S = 0,8 D² определяется поперечное сечение.
4. Диаметр равен 1,78 мм. Подставляя величину в выражение и округлив результат до сотых, получается 2,79 мм2.

Для бытовых целей понадобятся проводники с сечением 0,75; 1,5; 2,5 и 4 мм2.

С использованием линейки и карандаша

При отсутствии специального измерителя можно воспользоваться карандашом и линейкой. Операции выполняются с тестовым образом:

1. Зачищается от изоляционного слоя участок, равный 5-10 см.
2. Получившаяся проволока наматывается на карандаш. Полные витки укладываются плотно, пространства между ними быть не должно, «хвостики» направляются вверх или вниз.
3. В конечном итоге должно получиться определенное число витков, их требуется посчитать.
4. Намотка прикладывается к линейке так, чтобы нулевое деление совпадало с первой намоткой.
5. Замеряется длина отрезка и делится на количество витков. Получившаяся величина – диаметр.
6. Например, получилось 11 витков, которые занимают 7,5 мм. При делении 7,5 на 11 выходит 0,68 мм – диаметр кабеля. Сечение можно найти по формуле.

Точность вычислений определяется плотностью и длиной намотки.

Таблица соответствия диаметра проводов и площади их сечения

Если нет возможности пройти тестирование диаметра или сделать вычисление при покупке, допускается использовать таблицу. Данные можно сфотографировать, распечатать или переписать, а затем применять, чтобы найти нормативный или популярный размер жилы.

При покупке электрокабеля понадобится посмотреть параметры на этикетке. К примеру, используется ВВНГ 2х4. Количество жил – величина после «х». То есть, изделие состоит из двух элементов с поперечным сечением 4 мм2. На основании таблицы можно проверить точность информации.

Чаще всего диаметр кабеля меньше, чем заявлен на упаковке. У пользователя два варианта – применять другой или выбрать с большей площадью сечения кабель по диаметру. Выбрав второй, понадобится проверить изоляцию. Если она не сплошная, тонкая, разная по толщине, остановитесь на продукции другого изготовителя.

Особенности электрических проводов

При всём многообразии кабельной продукции и огромном выборе проводов для прокладки электрических сетей существуют правила подбора. Не обязательно учить наизусть все марки кабелей и проводов, нужно уметь читать и расшифровывать их маркировку. Для начала стоит выяснить различие между проводом и кабелем.

Провод – проводник, используемый для соединения двух участков цепи. Может иметь одну или несколько токопроводящих жил. Жилы могут быть:

• голые;
• изолированные;
• одножильные;
• многожильные.

Голые линии применяются там, где прикосновение к токоведущим жилам невозможно. В большинстве случаев они используются для воздушных линий электропередач.

Изоляционное покрытие применяется однослойное или двухслойное. Провода, имеющие два или три проводника в двойной изоляции, путают с кабелем. Путаница происходит из-за того, что изоляция покрывает каждую жилу, а снаружи выполнено общее полимерное или иное покрытие. Такие проводники нашли применение внутри электрических устройств, щитов или шкафов. В быту они скрыты в стене или проложены в специальных каналах.

Изолированная продукция используется повсеместно. В зависимости от степени электробезопасности помещения и места прокладки, выбирается класс изоляции.

Многожильные проводники используются там, где необходимы изгибы малого радиуса при прокладке сложных трасс, где не могут пройти одножильные аналоги. Такой тип тоководов удобно монтировать в кабельных каналах. Одножильные провода в таких условиях изгибать труднее, нужно прикладывать силу, и существует опасность повреждения жилы.

К сведению. Маркировка АППВ 3*2,5 обозначает провод с алюминиевыми жилами, поливинилхлоридной изоляцией, плоский, имеющий разделительное основание. Расшифровку маркировки уточняют в справочной литературе.

По строению кабель – это сколько-то жил, имеющих индивидуальную изоляцию, помещённых в защитный внешний слой из диэлектрического материала. Пространство между сердечниками и оболочкой, для предотвращения слипания, заполняется бумажными лентами, пластмассовыми нитями или кабельной пряжей. Дополнительно изделие может быть усилено бронёй из лент или стальной оплёткой для защиты от механических повреждений.

Определение сечения проводника на вводе

Подбор сечения осуществляется так, чтобы допустимый ток жил за длительный период был больше номинала автомата. Например, в доме на ввод пущен медный трехжильный проводник ВВГнг, уложенный открытым способом. Оптимальное сечение – 4 мм2, поэтому понадобится материал ВВГнг 3х4.

После этого высчитывается показатель условного тока отключения для автомата с номиналом 25 А: 1,45х25=36,25 А. У кабеля с площадью сечения 4 мм2 параметры длительно допустимого тока 35 А, условного – 36,25 А. В данном случае лучше взять вводный проводник из меди сечением 6 мм2 и допустимым предельным током 42 А.

Зачем это нужно?

Начнем все же с того, что еще раз перечислим основные ситуации, когда нам нужен расчет площади трубы — ее поверхности или сечения.

• Формула площади трубы будет полезна, если нам нужно рассчитать теплоотдачу регистра или теплого пола. Оба значения выводятся именно из суммарной площади, отдающей воздуху в помещении тепло от теплоносителя.

От площади поверхности регистра линейно зависит его теплоотдача

• Часто встречается обратная ситуация — когда нужно подсчитать потери тепла по пути к отопительному прибору. Для того, чтобы можно было принять решение о количестве и размере радиаторов, конвекторов или других приборов — нужно знать, каким количеством калорий мы располагаем. Оно выводится опять-таки с учетом площади поверхности трубы, которая транспортирует воду от элеваторного узла.
• Расчет площади поверхности трубы нужен для того, чтобы закупить необходимое количество теплоизолирующего материала. Если протяженность теплотрассы исчисляется километрами — а это именно так и бывает — точный расчет может сэкономить предприятию огромные суммы.

Здесь теплоотдачу нужно сократить до минимума. Чтобы посчитать количество необходимого теплоизолирующего материала — нужно узнать площадь поверхности, которую предстоит защитить от потери тепла

• Затраты на антикоррозионное покрытие или краску — из той же категории. Площадь окраски трубы стальной вместе с расходом краски на квадратный метр дадут нам точный объем необходимых закупок. Заодно в этом случае будет очень хорошо видно, скажем вежливо, нецелевое использование материала: если краски или битумного лака уходит в полтора раза больше расчетного количества — предприятию следует пресекать воровство.

Производители краски указывают ее расход в граммах на квадратный метр поверхности

• Расчет площади сечения трубы необходим для того, чтобы узнать ее максимальную проходимость. Да, можно просто поставить трубу заведомо больше необходимой; но при составлении типового проекта, по которому будет строиться много домов, перерасход средств в этом случае будет большим.

Важно: в случае частного дома перерасход бюджета, если вы просто возьмете трубу на шаг больше, невелик. А вот потери тепла вырастут заметно. Непонятно? Вспомните: больше поверхность трубы — больше тепла на ней рассеивается.

Кроме того, между моментами, когда открывается кран горячей воды, весь объем в соответствующем водопроводе бесцельно остывает.

Чем больше диаметр трубы — тем больше воды в ней будет стоять, тем больше тепла вы потратите на бесцельный нагрев помещения.

Чем толще трубы — тем больше горячей воды бесцельно остывает после каждого открытия крана

Вычисление сечения провода для линии розеток

Каждый электроприбор имеет показатели собственной мощности. Они замеряются в Ваттах и указываются в паспорте либо на наклейке на корпусе. Примером поиска сечения будет линия запитки для стиральной машины мощностью 2,4 кВт. При расчетах учитывается:

• материал провода и способ укладки – трехжильный ВВГнг-кабель из меди, спрятанный в стене;
• особенности сечения – оптимальная величина составляет 1,5 мм2, т.е. понадобится кабель 3х1,5;
• использование розетки. Если подключается только машинка-автомат, характеристик будет достаточно;
• система защиты – автомат, номинальный ток которого 10 А.

Для двойных розеток применяется кабель из меди с сечением 2,5 мм2 и автомат номиналом 16 А.

Подбор сечения для трехфазной линии 380 В с несколькими приборами

Подключение нескольких видов бытовой техники к трехфазной линии предусматривает протекание потребляемого тока по трем жилам. В каждом из них будет меньшая величина, чем в двухжильном. На основании данного явления в трехфазной сети допускается применять кабель с меньшим сечением.

К примеру, в доме устанавливается генератор с мощностью 20 кВт и суммарной мощностью по трем фазам 52 А. На основании значений таблицы выйдет, что оптимальное сечение кабеля – 8,4 мм2. На основании формулы высчитывается фактическое сечение: 8,4/1,75=4,8 мм2. Чтобы подсоединить генератор мощностью 20 кВт на трехфазную сеть 380 В необходим медный проводник, сечение каждой жилы которого 4,8 мм2.

Сечение проводов в домах старой застройки и предельная нагрузка

В многоэтажках советского периода используется алюминиевая проводка. С учетом правильного соединения узлов в распредкоробе, качества изоляции и надежности контактов соединения она прослужит от 10 до 30 лет.

При необходимости подключения техники с большой энергоемкостью в домах с проводкой из алюминия на основе мощности потребления подбирается сечение и диаметр жил. Все данные указаны в таблице.

Как самому определить сечение провода?

Для определения сечения провода вам понадобятся следующие инструменты:

1. Линейка или мерная лента.
2. Измерительный прибор (например, мультиметр).
3. Калькулятор.

Шаги для определения сечения провода:

1. Измерьте диаметр провода. Это можно сделать с помощью линейки или мерной ленты.

2. Вычислите площадь поперечного сечения провода. Для этого используйте формулу для площади круга: S = πr², где r — радиус провода (половина его диаметра), а π — постоянная, равная приблизительно 3,14.

3. Определите материал провода (медь или алюминий) и найдите соответствующее значение сопротивления провода в таблице.

4. Используя измерительный прибор, измерьте сопротивление провода и запишите результат.

5. Используя формулу для расчета сопротивления провода R = ρL / S, где ρ — удельное сопротивление материала провода, L — длина провода, а S — площадь поперечного сечения провода, найдите длину провода.

6. Используя найденные значения сопротивления и длины провода, найдите значение ρ, удельного сопротивления материала провода, с помощью формулы ρ = RS / L.

7. Найдите необходимое сечение провода для данной нагрузки, используя таблицу, в которой указаны максимальные токи для разных сечений провода при заданных условиях.

Эти шаги помогут вам определить сечение провода для различных условий нагрузки и длины провода. Однако, для более точного результата рекомендуется проконсультироваться с профессиональным электриком, особенно если вы планируете проводить работы по электропроводке в своем доме или офисе.

Видео. Аналитический способ определения площадей. Формула землемера, геодезиста, Гаусса.Алгоритм шнурования