Активное и реактивное сопротивление кабеля

Передача электроэнергии от источника до электроустановок осуществляется с помощью проводов и кабелей. Неизбежные потери энергии связаны с наличием сопротивления протекающему электрическому току, что характерно для всех металлических токопроводящих жил. При использовании постоянного тока сопротивление кабелей имеет только активную (омическую) компоненту. В случае переменного тока необходимо учитывать как активную, так и реактивную составляющие сопротивлений.

Разнообразие кабелей

Кабель и провод

Часто оба эти термина используются как синонимичные для обозначения похожих видов электротехнической продукции. Однако некоторая разница всё-таки имеется. На картинке ниже продемонстрировано, чем отличаются кабеля и изолированные провода друг от друга.

Разница между кабелем и проводом

Провод состоит из одной токопроводящей жилы, которая может быть моножилой, либо набором тонких жил, сплетённых в одно целое. Провод имеет защитное, диэлектрическое покрытие. Кабель — это несколько проводов, сгруппированных под общей изоляционной оболочкой.

Общепринятая терминология приведена в разделе 2 ПУЭ (данная аббревиатура означает «Правила устройства электроустановок»). Она касается:

  • проводов;
  • токопроводов;
  • кабельных линий напряжением от 0 до 220 кВ;
  • воздушных линий электропередач до 1 кВ и выше 1 кВ.

Активное сопротивление

В качестве исходных проводников для изготовления токопроводящих жил могут использоваться различные металлы. При производстве массовой кабельной продукции чаще всего применяются:

  • Медь.
  • Алюминий.
  • Сталеалюминевые комбинации.

Однонаправленный ток в металлах создаётся свободными электронами под действием приложенного электрического поля. Беспрепятственное движение электронов ограничивается атомами и ионами кристаллической решётки, которые непрерывно совершают тепловые колебания. Дополнительное сопротивление могут оказывать структурные дефекты и примеси. Потеря электрической энергии электронами приводит к тепловому нагреву металла.

Чем обусловлено сопротивление в металлах

Активное или омическое сопротивление проводов определяется по формуле:

Формула омического сопротивления

где:

  • ρ — удельное сопротивление металла (Ом*мм2/м);
  • l — длина провода (м);
  • S — сечение провода (мм2).

Формула для вычисления площади сечения одной жилы кабеля.

Удельное сопротивление металлических проводников можно узнать из справочной литературы.

Удельные сопротивления некоторых металлов

Полезной величиной, используемой на практике, является удельное активное сопротивление равное сопротивлению 1.0 км кабеля. Для некоторых часто применяемых марок этот параметр равен:

  • Провод АС 70 (одна стальная жила, обвитая алюминиевой проволокой) —0.42 Ом/км.
  • Провод АПвП (алюминиевая токопроводящая жила) — 0.160 Ом/км.
  • Кабель 1х70 (медная жила) — 0.28 Ом/км.
  • Провод СИП-3 1х50 (самонесущий изолированный провод с сечением 50 мм2) — 0.923 Ом/км.

Физика активного электросопротивления

Определение индуктивного сопротивления

Полное сопротивление электрического кабеля при его использовании в электроцепях постоянного тока складывается из омических сопротивлений проводов, входящих в его состав. При работе с переменным током возникает реактивное сопротивление, которое разделяется на емкостное и индуктивное. Полное сопротивление — это корень квадратный из суммы квадратов этих составляющих. Графически оно отображается гипотенузой прямоугольного треугольника, катетами которого являются активное и реактивное сопротивление кабелей.

Определение полного электросопротивления

Для кабелей существенно индуктивное сопротивление. Физический механизм его возникновения заключается в том, что движущиеся электроны создают магнитное поле. При постоянном токе магнитное поле не меняется. Но как только происходит периодическое изменение тока, возникает эффект самоиндукции, открытый английским физиком М. Фарадеем. Самоиндукция тормозит ток, то есть, появляется дополнительная составляющая сопротивления.

Механизм возникновения индуктивного электросопротивления

Значение индуктивного сопротивления зависит от нескольких параметров:

  • Расстояния между электропроводами.
  • Диаметра электропровода (жилы).
  • Величины тока.
  • Частоты.

Определить величину реактивного сопротивления кабельной линии можно с помощью формул, учитывающих данные факторы. Чтобы быстро определить активное и реактивное сопротивление провода или кабеля, понадобится таблица с указанием основных характеристик самых распространенных видов электрокабелей.

Таблица активных и реактивных электросопротивлений

Зачастую возникает необходимость в определении индуктивного сопротивления кабельной линии определенной протяженности. В данном случае следует воспользоваться довольно простой формулой:

Формула электросопротивления

ХL определяется с помощью такой формулы:

Определение индуктивного электросопротивления

Чтобы самому не напрягаться с расчетом сопротивления, можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Греющий кабель

Интересной разновидностью кабельной продукции является греющий кабель (ГК). Его целевое назначение — эффективное преобразование электрической энергии в тепловую. Ток, проходя по всей длине кабеля, равномерно нагревает кабельное пространство. Примеры применения ГК:

  • Тёплые полы.
  • Системы подогрева бетона в осенне-зимний период.
  • Антиоблединительные системы, предотвращающие сходы льда и снега в жилищно-коммунальном хозяйстве.
  • Подогрев почвы в теплицах.

Сопротивление греющего кабеля можно легко измерить обычным мультиметром, имеющим такую опцию. Одним из паспортных параметров ГК является выделяемая тепловая мощность на погонный метр. Зная общую длину уложенного ГК, можно вычислить общую выделяемую мощность Р по общеизвестной формуле:

Формула мощности

Из этой формулы можно найти сопротивление:

Определение сопротивления

Если измеренное сопротивление ГК близко к тому, что рассчитано с помощью формулы, то в целостности и работоспособности кабеля можно не сомневаться.

Греющий кабель

Пользуясь формулой сопротивления, можно рассчитать сечение кабеля. Такой расчет необходим в связи с тем, что электропроводка является наиболее уязвимым местом в системе, обеспечивающей электроэнергией дома. Если сечение кабеля не будет соответствовать мощности электроприборов, то это может стать причиной довольно серьезных последствий. Ведь чем меньше диаметр провода, тем выше его сопротивление и, следовательно, провод будет нагреваться сильнее. Выделяемое тепло спровоцирует повреждение изоляции, что в свою очередь может стать причиной выхода из строя домашней проводки и даже пожара.

Видео по теме

Adblock
detector