на что влияет сечение провода в катушке

На что влияет сечение провода в катушке

Факторы, влияющие на индуктивность катушки

На индуктивность катушки оказывают влияние следующие основные факторы:

Число витков провода в катушке: При прочих равных условиях, увеличение числа витков приводит к увеличению индуктивности ; уменьшение числа витков приводит к уменьшению индуктивности.

Пояснение: чем больше количество витков, тем больше будет магнитодвижущая сила для заданной величины тока.

Длина катушки: При прочих равных условиях, чем больше длина катушки, тем меньше ее индуктивность; чем меньше длина катушки, тем больше ее индуктивность.

Пояснение: Чем больше длина катушки, тем большее сопротивление она оказывает формированию магнитного потока для заданной величины магнитодвижущей силы.

Пояснение: Материал сердечника с большей магнитной проницаемостью способствует формированию большего магнитного потока для заданной величины магнитодвижущей силы.

Приблизительное значение индуктивности любой катушки можно найти по следующей формуле:

Если катушку сделать таким образом, что любой из вышеперечисленных факторов у нее можно механически изменить, то получится катушка с регулируемой величиной индуктивности или вариометр. Наиболее часто встречаются вариометры, индуктивность которых регулируется количеством витков или положением сердечника (который перемещается внутри катушки). Пример вариометра с изменяемым количеством витков можно увидеть на следующей фотографии:

Катушка с фиксированными значениями индуктивности, показанная на следующей фотографии, представляет собой еще одно раритетное устройство, использовавшееся в первых радиостанциях. Здесь вы можете увидеть несколько витков относительно толстого провода, а так же соединительные выводы:

А это еще одна катушка индуктивности, так же предназначенная для радиостанций. Для большей жесткости ее провод намотан на керамический каркас:

Многие катушки индуктивности обладают небольшими размерами, что позволяет монтировать их непосредственно на печатные платы. Посмотрев внимательно на следующую фотографию, можно увидеть две расположенные рядом катушки:

Две катушки индуктивности расположены справа в центре этой платы и имеют обозначения L₁ и L₂. В непосредственной близости от них находятся резистор R₃ и конденсатор С₁₆. Показанные на плате катушки называются «торроидальными», так как их провод намотан вокруг сердечника, имеющего форму тора.

Как резисторы и конденсаторы, катушки индуктивности могут выполняться в корпусе для поверхностного монтажа (SMD). На следующей фотографии представлено несколько таких катушек:

Две индуктивности здесь расположены справа в центре платы. Они представляют собой маленькие черные чипы с номером «100», а над одной из них можно увидеть обозначение L₅.

Источник

На что влияет сечение провода в катушке

Влияние провода намотки на c опротивление потерь и добротность катушки индуктивности

Для намотки катушек индуктивности применяют медные изолированные одножильные и многожильные провода. Для намотки однослойных катушек c рядовой намоткой используют провода с эмалевой изоляцией ПЭЛ, ПЭВ. Обмотки многослойных катушек изготавливают из эмалированных одножильных проводов с дополнительной шелковой изоляцией, например, ПЭЛШО. Наличие дополнительной шелковой изоляции увеличивает расстояние между поверхностями соседних витков и ведет к снижению собственной емкости катушки.

Выбор марки и, главное, диаметра провода намотки катушки силь­но влияет на значение сопротивления потерь, следовательно, и добротности. При проектировании высокочастотных катушек стремятся добиться наивысшего значения добротности при заданных габаритах.

Сопротивление провода току высокой частоты определяется соотношением

Сумма коэффициентов к_пэ и к_бл больше единицы. Следовательно, сопротивление провода намотки катушки индуктивности току высокой частоты выше, чем сопротивление провода постоянному току.

где l – длина провода обмотки.

Из рис. 9.9, а следует, что значение q _эф можно рассчитать по форму ле

Эффективная глубина x _эф проникновения высокочастотного тока в провод определяется известным соотношением

В практических случаях для частот f 10 МГц коэффициенты к_пэ и к_бл рассчитываются по формулам

где F( z ) и G( z ) – функции Бесселя от переменной z = 0,106d_o ; d_o – диа метр провода намотки без изоляции, см; f – частота тока, протекаю щего через катушку, Гц; k = f ( l /D) – коэффициент; l – длина; D _ср – средний диаметр обмотки, см; N – число витков катушки.

Подставляя выражения 9.14а и 9.14б в соотношение (9.10), получим следующую формулу для расчета сопротивления провода катушки индуктивности току высокой частоты:

Сопротивление току высокой частоты катушек, намотанных проводом “ литцендрат ”, на средних частотах в несколько раз ниже сопротивления аналогичных катушек, намотанных эмалированным одножильным проводом с дополнительной шелковой изоляцией, следовательно, добротность таких катушек выше.

Оптимальный диаметр провода высокочастотной катушки. Приведенные выше фор­мулы указывают на сложную зависимость между сопротивлением провода катушки и его диаметром, так как при этом изменяется проявление поверхностного эффекта и эффекта близости. Рассмотрим вопрос о влиянии диаметра провода на сопротивление катушки.

Увеличение диаметра прямолинейного провода и, соответственно, рост его периметра ведут к уменьшению сопротивления провода току высокой частоты. Зависимость сопротивления R _пэ отрезка прямолинейного провода от диаметра d_o при некоторой фиксированной частоте представлена соответствующей кривой на рис. 9.11, а.

Изменение диаметра провода в ту или иную сторону от оптимального значения ведет к увеличению сопротивления катушки и снижению добротности. При меньших диаметрах провода преоб ладает влияние поверхностного эффекта, при больших диаметрах – эффекта близости.

Источник

Провод обмоточный: разновидности и предназначение

Принцип работы большинства электрических машин, основан на взаимодействии магнитных полей, которые создаются с помощью обмоток катушек. Катушки — обязательная деталь генераторов и трансформаторов, почти всех радиоэлектронных устройств.

Для их создания используют провод обмоточный. Расскажем о его видах и марках, особенностях и применении разных типов.

Для чего нужно знание особенностей проводов для обмотки

Многие делают ремонты своими руками, или собирают самодельные конструкции. Часто сгоревший электродвигатель перематывают самостоятельно, наматывают электромагниты (соленоиды) трансформаторы, магнитные антенны и катушки индуктивности для радиоэлектронных устройств. При этом учитывают только диаметр провода и количество витков (эти характеристики можно узнать в справочниках, пособиях по ремонту или рассчитать).

Кроме сказанного выше, цена на провода с одинаковыми электрическими характеристиками, но разных типов, может значительно различаться. Зная это, можно сэкономить на материале.

Зачем переплачивать за провод, рассчитанный на работу при повышенной температуре и влажности для трансформатора, в котором отлично может работать и широко распространенная марка ПЭВ.

Классификация проводов

Классифицируют провода по нескольким критериям.

Материал проводника

Геометрия сечения

Сечения проводов бывают круглыми и прямоугольными. Вторые используют при необходимости пропускания через проводник большого тока, для проводников с большой площадью сечения. Для охлаждаемых катушек, используют полую проволоку.

Материал изоляции

Используются различные материалы — от бумаги и натуральных волокон, до стекла. Часто применяют несколько слоев, например: бумагу и эмаль.

Для изоляции важны не только диэлектрические свойства, но и механическая прочность, а также толщина. Чем она меньше, тем больше витков можно уложить в катушке при заданном диаметре провода.

Маркировка проводов

Маркируются они несколькими буквами и цифрами, после марки обычно обозначают диаметр сечения.

Внимание. Диаметр сечения провода определяют по меди, поэтому если вы хотите узнать его, замерив, например, микрометром, предварительно удалите изоляцию.

У медных проводов первой идет буква П (провод), алюминиевые обозначаются АП, для сплавов сопротивления есть свои обозначения. Затем идет обозначение изоляции, обычно по начальным буквам материалов ее составляющих и количества слоев. У прямоугольных проводов, в конце ставится буква П (прямоугольный) дальше может следовать через дефис еще цифра, отличающая типы.

Например ПЭЛШКО — Провод Эмаль Лак Шелк Капроновый Одинарный, медный провод покрытый лаковой эмалью, и дополнительно изолированный одним слоем капронового шелка. Если бы было два слоя, то стояла бы буква Д (двойной).

Дальше рассмотрим более подробно все распространенные разновидности изоляции, не захватывая ее редкие типы, предназначенные обычно для работы в особых условиях или специальных устройств.

Внимание. Мы приводим маркировку, общепринятую в нашей стране. У импортированного провода она может отличаться, вплоть до того, что у каждой компании своя система обозначений. Поэтому, покупая материал зарубежных производителей, нужно изучать паспортные характеристики, и подбирать аналоги по условиям эксплуатации.

Изоляция бумагой

Такие провода, из-за низких диэлектрических свойств, обычно применяют в низковольтных устройствах, комбинируют с другими материалами. Бумага для их производства применяется специальная: кабельная или телефонная.

Широко используют обмоточный провод в бумажной изоляции для маслонаполненных трансформаторов. В них масло не только охлаждает обмотки, но увеличивает сопротивление на пробой. Пример маркировки АПБ — алюминиевые обмоточные провода в бумажной изоляции.

Внимание. Буквой Б могут обозначать не только бумагу но и хлопчатобумажную пряжу, очень похожую на нее по характеристикам.

Волокнистая и пленочная изоляция

Для нее используют различные волокна и пленки: как натуральные (хлопок, шелк), так и синтетические. Они выдерживают большие механические нагрузки, чем провода обмоточные с бумажной изоляцией, но проигрывают им по толщине.

Изготавливают чаще всего многослойной намоткой волокон на проводник. Возможен вариант и когда нити переплетают — такой метод применяют для больших диаметров. Пленка наноситься пропусканием через ванну с жидким изоляционным материалом. Для улучшения свойств, такую изоляцию комбинируют с эмалью, или той же бумагой.

Обозначения материалов обмоток следующее:

Пример: провода ПББО — обмоточные провода с бумажной изоляцией, слой которой усилен слоем намотанной хлопчатобумажной пряжи.

Эмаль

Эти провода используются чаще всего. Практически все обмотки трансформаторов и катушек индуктивности в электронных устройствах наматываются ими. На фото в начале статьи показаны катушки этих проводов заводской упаковки.

Применяются они в широко распространенных электромеханических приборах. Почти каждый встречаемый нами стандартный двигатель, генератор, или контактор, не предназначенный для работы в особых условиях, скорее всего, будет иметь катушки, в которых используются обмоточные провода с эмалевой изоляцией.

Достоинство этого вида изоляции — малая толщина защитного слоя и простота нанесения. Достаточно окунуть провод в эмаль. Обозначают изоляционный материал буквой Э, за которой следующая показывает тип эмали.

Также отличают провода по максимальным температурам, которые выдерживает их покрытие без потери своих свойств. Делят их на группы (индекса) — 105, 120, 130, 155, 180, 200, 220 и выше оС соответственно.

Какие еще особенности изоляции могут указываться в маркировке

Кроме типа материала для изоляции и количества его слоев, дополнительно в маркировке может указываться:

Обмоточный провод для высоких частот

Перечислим наиболее распространенные марки таких проводов:

Внимание. Убрать изоляцию с таких проводов механическим способом, из-за тонких жил затруднительно, поэтому перед их лужением для распайки используют специальные травильные составы. Только ЛЭП и ЛЭПКО можно паять сразу — их изоляция удаляется при нагреве жалом паяльника.

Как подобрать провод для обмотки или катушки

Кстати, ручная намотка отличается особым качеством (при соответствующей квалификации работников).

Сечение и марка провода в обмотках, обычно указывается в паспорте изделия, часто данные пишутся и на самом устройстве. Если же документ утерян, то есть несколько способов узнать данные.

Зная сечение и количество витков, подбираем провод, с нужной изоляцией учитывая все факторы. Нужную маркировку можно приблизительно определить, визуально распознав изоляцию.

Но необходимо учитывать и другие факторы. Так, для быстровращающихся обмоток не идут провода с эмалевой изоляцией — ее диэлектрические свойства теряются при температуре более 180 градусов Цельсия, и она просто плавится.

Если устройство работает в условиях повышенной влажности, то не применяют волокнистую обмотку из-за ее гигроскопичности. Условия эксплуатации проводов подробно указываются в паспортах.

Совет. Если возникает проблема с закупкой провода нужного диаметра, то можно намотать обмотку из двух трех подключенных параллельно, главное чтобы сумма площадей их сечения (можно узнать в справочниках) была равна требуемой величине. Ну и естественно чтобы уместиться в габариты катушки.

Будем рады, если нашей статьей помогли Вам в ремонте различных устройств или в самостоятельном их конструировании и сборке. Неплохо даже если мы просто углубили познания в электротехнике и теперь Вы знаете, чем отличаются провода обмоточные с бумажной изоляцией от типа ПЭВ.

Источник

Как зависит допустимый ток в проводе (кабеле) от его сечения

Все мы знаем, что допустимый ток в проводе или кабеле зависит от его сечения. И в ПУЭ есть таблицы, в которых прописаны значения для разных сечений кабеля и для разных условий прокладки. Никогда не задавались вопросом – откуда были взяты эти значения?

Основное препятствие и «враг» в электроснабжении – это тепло. Ток, протекая по проводнику, вызывает его нагрев, чем больше ток, тем больше нагрев, вплоть до разрушения проводника и его изоляции. Не будь этого самого нагрева, мы бы передавали огромные мощности по тоненьким проводам и горя бы не знали, и трансформаторы нам бы были не нужны. Но приходится жить в мире, где действуют законы физики.

А теперь рассмотри один единственный проводник с изоляцией. Как определить, какой ток можно на него подать?

Для начала определим, какое тепло выделяет ток, протекая по проводнику, ниже приведена формула:

Но помимо принимаемой теплоты, проводник еще и тратить ее умудряется:

Таким образом, температура проводника становится постоянной при равном количестве выработанного и отданного тепла:

Это были сложности, которые можно опустить. Далее, действуя по инструкции «как нарисовать сову» и многое упрощая, получаем зависимость:

По сути получается, что допустимый ток в проводнике (круглого сечения) зависит от материала проводника, его изоляции и пропорционален его сечению, но зависимость не линейная:

Как видите, зависимость отнюдь нелинейная. На больших сечениях уже проще взять два кабеля меньшего сечения, чем увеличивать сечение одного. Также видно, что увеличение количества токопроводящих жил уменьшает допустимый ток, так как ухудшается теплоотдача в окружающую среду, жилы греют друг друга. А в земле допустимый ток больше, так как земля по сравнению с воздухом имеет лучшую теплопроводность.

Таким образом, достаточно знать материал жилы, материал изоляции, сечение жилы, способ прокладки – и вуаля, рассчитаны допустимые токи проводов и кабелей.

А теперь затрону еще один момент, связанный с температурой окружающей среды. В ПУЭ значения в таблицах даны для температуры воздуха 25 гр.С, а земли – 15 гр.С. Но в реальности пики нагрузок попадают на совершенно другие условия, что существенно влияет на выбор сечения кабеля, при холодной температуре допустимый ток больше. Таблица 1.3.3 в ПУЭ раскрывает эту тему.

Но в этой таблице нет места для изоляции из сшитого полиэтилена, допустимая температура которого составляет 90 гр.С. Что же делать?

Ниже приведена формула, по которой рассчитаны все значения в данной таблице.

Проверим ка формулу для жилы с изоляцией (60 гр.) и воздуха (нормируемая температура 25 гр.), реальная температура воздуха 5 гр.С.

Вместо формулы в ПУЭ приведена таблица, чтобы не тратить время электриков и проектировщиков на ненужные расчеты, и сразу брать готовые значения.

Уравнение теплового баланса нам еще пригодится в будущих темах, связанных с расчетами электрических нагрузок. А пока все.

Лига электриков

3.1K постов 20K подписчиков

Правила сообщества

Запрещён оффтоп, нарушение основных правил пикабу

Продолжайте подобные посты! Интересно!

На первой фото ведь ввг?

Степень площади 3/4 и от линейного закона отличается не сильно, так что «8-10А на 1 кв.мм. сечения», тем более на 1,5 мм уже работает, судя по таблице и с запасом, что хорошо.

А к таблицам графики можно добавлять, сразу наглядно всё.

А как пришли к этой формуле? Она странная. Разве радиус не связан с сечением?

Какого сечения брать удлинитель для подключения электроинструмента (болгарка, дрель, лобзик и тому подобные)?
Что бы не грелся совсем.

Слышал историю что у одного мужика в нашем городе сгорела баня из-за того что в ней стоял скрученный удлинитель под нагрузкой.

может, для понимания теории и годится, но что это меняет в практике? Я сомневаюсь, что сюда люди учиться заходят

Зачем это здесь? Это не что то интересное или научно популярное. Слишком узкие и сухие знания, кому надо тот знает а кому не надо тому не интересно будет читать, просто выписка из учебника.

Кот грызёт провода и рвёт обои, нужна помощь!

Кот грызет обои и кабели, боюсь оставит меня без звука и интернета(кабель-канал поставить не вариант). Уважаемые пикабутяне, подскажите пожалуйста, есть ли какие-нибудь народные или иные эффективные средства, чтобы распылить в местах, которые он атакует? Хотелось бы личных «историй успеха».

Фото хитрюги-красавца прилагается

Ответ на пост «Вопрос к юристам»

В нашем СНТ тоже решил поселиться провайдер, причем без договора аренды опор, внаглую протянув линии связи и укрепив на опорах свои кассеты.
То что электрику залезть на опору чтоб поменять лампу мешает их оборудование, их мало волновало.
Как-то пережили.
Но пока я был не у дел, семья, отдых и все такое, черти из охранки протянули по нашим опорам дополнительные провода с камерами и большими ящиками по заказу дачника, при этом ни с кем не согласовал план работ.
Я поднял на собрании бучу, мол шо это за херня. Во первых договора нет, во вторых их коробки мешают моему подъему на опоры. Был поставлен ультиматум. Обрубаем этот аппендицит, либо сидим без света неопределенное время в случае аварии.
Плюс к тому же у нас уже был на бумаге проект подключения СНТ к оптике поставщика услуг связи своими силами и со своим оборудованием.
Решение было принято в пользу нашего проекта, который мы кстати довели до рабочего состояния в течении двух недель.
Апендициты обрубили и скинули в реку.

Немного про монтаж электрики в новостройках

Работая в управляющей компании, неоднократно принимал участие в приемке новостроек. Было много интересного.

Спасибо @Qumena за комментарий #comment_215016316 и толчок к написанию этого поста.

Принимает собственник квартиру в новостройке. Звонит, жалуется, что нет напряжения в розетке в дальней комнате. Приезжаем, проверяем, действительно нет. В щитке смотрим, есть. Автомат выключили-включили, ничего не изменилось. Выключаем автомат, разбираем розетку. Пробую внутреннюю часть розетки немного вытянуть из монтажной коробки. На удивление легко тянется, и вытягивается с 20 см провода.

Естественно, от нас акт с приложением жалобы от собственника к застройщику. Как позднее оказалось, подрядчик, не успевая выполнить все работы по монтажу, схитрил. И вместо того, чтобы проштробить весь канал и проложить довольно длинную линию, сделал кусочки по 20 см со стороны щитка и со стороны розетки в нескольких квартирах. В результате, за счет этого подрядчика вскрывали стены, прокладывали новые линии и восстанавливали отделку. Стоила этих затрат копеечная экономия? Вряд ли.

Собственник переделывать разводку не захотел, да и розетка ему в этом месте была не нужна. Заизолировали и заглушили.

Звонит собственник, нашел розетку. Чудо великое, собственник в своей комнате нашел розетку! Но стало интересно, поехали. В угловой квартире, на глухой стене, точно по середине между крюками для навески радиатора, установлена работающая розетка.

Проверили с Застройщиком по чертежам, такое решение предусмотрено проектом во всех угловых квартирах. Электрики-проектанты разместили на стене розетку. А проектировщики отопления на том же месте разместили радиатор. Без снятия радиатора розетку и не найдешь.

Идет ремонт в квартире. Звонит супервозмущенный собственник: «Беда-караул, розетки не работают, ремонт остановился! Да я! Да вас!»

Нажимай, говорю. Открываю дверь и давлю снаружи кнопку звонка. Перфоратор зашумел так, что от неожиданности парень аж подпрыгнул. Пришлось объяснять, что это розетка для включения звонка, и запитать ее возможно, только нажав и удерживая кнопку звонка.

А Вы говорите: профдеформация электрика, гирлянды розеток, последовательное соединение светильников.

Гофротруба+кабель: нюансы, нюансы.

Столкнулся тут с необходимостью заложить проводку под натяжной потолок в деревянном доме. Труба не вариант, пластиковая гофра-совсем не вариант. Поэтому купил бухту стальной оцинкованной гофротрубы. При начале работы выяснилось, что зонда в ней нет. Из трубы торчит обрывок длиной в полметра.

Я уже всерьез собирался резать гофру кусками и сращивать потом, но тут меня осенило.

Берем кусок арматуры (сгодится любой тяжелый стержень, свободно входящий в гофру) вяжем к нему шнурок и тупо опускаем в гофру. Поднимаем и протягиваем её так, чтобы стержень катился в ней вниз.

Понимаю, что банальность, но блин, я бился над проблемой два дня. Надеюсь, кому-то этот пост сэкономит пару часов.

PS. чтобы дважды не вставать: подскажите, достаточно ли будет такой изоляции в описанной ситуации? Кабель ввг пнг медь. Предполагаемые нагрузки не более 2квт (освещение, морозилка, питание газового котла).

Замена абонентского трансформатора на северо-западе США

Автор видеоролика, живущий на северо-западе США, был недоволен потертым внешним видом абонентского трансформатора на лужайке перед его домом. Он обратился в электросетевую компанию, а та оценила техническое состояние трансформатора и решила заменить трансформатор.

Это привычный для США абонентский трансформатор с одной первичной обмоткой и одной вторичной обмоткой с заземленной средней точкой, он выдает 120 и 240 вольт. Подробнее о такой схеме электроснабжения рассказано в этой публикации: В США 220 вольт

Комментарии под роликом полны высказываний о возможных многочисленных нарушениях техники безопасности при производстве работ.

Педантичная разводка

Химический диод. ИСПЫТАНИЕ

На основе отзывов не предыдущий пост сделал некоторые выводы и измерения. Без говорящей головы, с осциллограммами, всё как хотели критики.

Измеряю основные параметры работы этого устройства и показываю возможность его практического применения.

Конструктивно выпрямитель состоит из пластиковой емкости, двух алюминиевых электродов, стального электрода и электролита, полученного растворением примерно двух чайных ложек пищевой соды на 200 миллилитров воды комнатной температуры.

Алюминиевый электрод сделан из 6 метров алюминиевого провода сечением 2.5 кв мм. Площадь алюминиевого электрода – около 330 кв см, но из-за того, что проволока свернута в спираль и часть витков накладывается друг на друга, рабочая площадь получается меньше.

Такая сборка функционально соответствует двум диодам, соединенным вместе анодами.

Роль общего анода играет стальной электрод.

Для электропитания стенда используется сетевой трансформатор с двумя вторичными обмотками на 13 вольт. Они нужны для получения низкого напряжения промышленной частоты 50 герц и для гальванической развязки испытательного стенда от электросети.

Закон Ома и закон Джоуля-Ленца для чайников: почему может меняться фактическая мощность одного и того же электронагревательного прибора

Это объявленная ранее публикация о том, как благодаря закону Ома и закону Джоуля-Ленца один и тот же водонагреватель может как заработать, так и не заработать через автоматический выключатель одного и того же номинала, а один и тот же чайник может нагревать воду с разной скоростью.

Читатель мог подумоть, что физика в объеме школьной программе никогда не понадобится в обычной жизни, но вот прямо сейчас она как понадобится.

Простой бытовой сюжет начинается с мыслей о ежегодном плановом отключении горячей воды и поиска проточного водонагревателя, который можно включать в «обычную» розетку на 16 ампер. Рынок предлагает несколько моделей с заявленной мощностью в 3500 ватт. В описании так и указано: «мощность 3500 ватт». Делим 3500 ватт на 220 вольт – получаем силу тока 15.91 ампера, как раз немного меньше, чем 16 ампер.

Именно поэтому мощность не 3400 и не 3600 – выбрано максимальное «круглое» значение мощности, которое должно безопасно получаться из обычной розетки на 16 ампер. Это в теории, а на практике.

. читаем отзывы на одну и ту же модель водонагревателя. Одни покупатели пишут, что водонагреватель работает через автоматический выключатель на 16 ампер, другие – что такой выключатель стабильно отключается через несколько минут работы водонагревателя. Одни покупатели пишут, что работает без нареканий, другие – что проводка становится теплой.

Это ЖЖЖЖЖ явно неспроста. Неправильные пчелы? Нет, это проявление закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

В описании водонагревателя рядом с текстом «мощность 3500 ватт» также написано «напряжение 220 вольт». Читать нужно так: «мощность составляет 3500 ватт при напряжении питания 220 вольт».

Фактическое значение сетевого напряжения может отличаться от номинального по целому ряду причин. В зависимости от состояния электросетей и настройки трансформаторов на подстанциях напряжение может постоянно быть немного ниже или немного выше номинального. Помимо этого фактическое напряжение может меняться в течение суток из-за колебаний потребления электроэнергии.

Это нормально, пока отклонение от номинала остается в пределах, установленных нормативами. Бывает еще, что напряжение отличается от номинального в нарушение требований нормативов – читатель наверняка слышал истории о даче, где электросети изношены или перегружены и чайник еле-еле греет, а стиральная машина не включается и надежно работает только зарядное устройство с диапазоном входных напряжений 100–240 вольт.

Все производители электроприборов, которые не хотят разориться на замене сломавшихся электроприборов и компенсации вреда от их возгораний, делают электроприборы так, чтобы они безопасно работали в широком диапазоне допустимых по нормативам напряжений. Безопасная работа – хорошо, но при изменении напряжения может меняться сила тока через электронагревательный прибор и в результате будет изменяться его фактическая мощность.

Пришло время вспомнить закон Ома.

Закон Ома для участка цепи записывается обычно вот так:

I – сила тока в участке цепи, U – напряжение на его границах, R – электрическое сопротивление участка.

Из этого соотношения прямо следует, что при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании напряжения сила тока возрастает линейно. Напряжение возрастает на 10 процентов – сила тока тоже возрастает на 10 процентов. При убывании напряжения сила тока линейно убывает.

При протекании электрического тока через участок цепи в нем выделяется тепло, это так называемое тепловое действие электрического тока. Мощность выделяемого тепла определяется так (следствие закона Джоуля-Ленца):

P – мощность выделяемого тепла, I – сила тока, R – сопротивление.

Из этого соотношения следует, что при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании силы тока мощность тепла возрастает квадратично. Сила тока возрастает на 10 процентов – мощность выделяемого тепла возрастает на 21 процент (1.10 × 1.10 = 1.21).

Поэтому при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании напряжения мощность выделяемого тепла возрастает квадратично. Это следствие двух указанных выше соотношений. Напряжение возрастает на 10 процентов – сила тока также возрастает на 10 процентов и мощность выделяемого тепла возрастает на 21 процент.

Это не бесполезная теория. Производители бытовой техники, которые собираются продавать технику в как можно большее число государств, учитывают, что входное напряжение может немного отличаться, и в описании чайника указывают например следующее: «220–240 вольт 2000–2400 ватт». Верхнее значение диапазона напряжения на 9 процентов выше нижнего, а верхнее значение диапазона мощности на 19% выше нижнего – мощность выделяемого тепла квадратично растет с ростом напряжения. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

Да, один и тот же чайник может потреблять разную мощность в зависимости от фактического напряжения в электросети. Сила тока через нагревательный элемент чайника также может изменяться в зависимости от напряжения. Скорость нагревания одного и того же объема воды на одну и ту же разность температур будет разной в зависимости от напряжения в электросети. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

И то же самое с водонагревателями. «мощность 3500 ватт напряжение 220 вольт». А фактическое напряжение не 220, а 230 вольт – это допустимо по действующим в России в 2021 году нормативам. Фактическое напряжение выше указанного на табличке водонагревателя на 4.55 процента. Сила тока будет выше также на 4.55 процента – не 15.91 ампера, а 16.63 ампера. Мощность составит 3825 ватт.

При фактическом напряжении 235 вольт (на 6.8 процента выше указанного на табличке) сила тока будет 17 ампер, а мощность – 3993 ватта.

Надо бы подумоть о таком неудобстве: повышение силы тока приведет к увеличению нагрева проводов, их соединений и розетки. Розетка-то как была на 16 ампер, так и осталась, и провода все те же и скрутки и клеммники никуда не делись. Но пока не будем обращать на это внимание, пока попробуем оценить.

. сколько времени потребуется автоматическому выключателю, чтобы сработать при таких превышениях силы тока выше номинала? Здесь придется выйти за пределы школьной программы по физике.

Ответ на этот вопрос дает так называемая время-токовая характеристика автоматического выключателя. Она показывает, сколько времени требуется для срабатывания автоматического выключателя в зависимости от того, насколько фактическая сила тока превышает номинал выключателя. Время срабатывания разное при разной температуре воздуха – если автоматический выключатель хуже охлаждается, он при той же силе тока быстрее прогреется и сработает раньше. Это не знакомый электрик – сын маминой подруги – сказал, это написано.

. в увлекательном документе ГОСТ Р 50345-2010 (является действующим на 2021 год).

Неисправимо оптимистичные читатели могут написать в комментариях о пункте 3.5.15 этого стандарта («условный ток нерасцепления») и заявить, что автоматический выключатель обязан не отключаться в течение не менее часа, если фактическая сила тока не превышает номинал выключателя более чем на 13%. В случае выключателя на 16 ампер речь идет о токе силой чуть больше 18 ампер. Вроде бы есть простор (на возможный перегрев проводов, соединений и розетки все еще не обращаем внимания).

Но помимо пункта об «условном токе нерасцепления» есть и другие интересные и важные. Например, в 8.6.1. рассказывают о «нормальной время-токовой характеристике» – она задается для «температуры окружающего воздуха» 30 градусов.

«Температура окружающего воздуха» – это не температура воздуха в помещении, а температура воздуха вокруг выключателя внутри электрощита. Внутри того же самого щита метры проводов, клеммники, другие выключатели, и все они могут нагреваться, вместе сильно прогревая воздух вокруг выключателя (а заодно и собственную изоляцию).

Время срабатывания выключателя, через который включен водонагреватель, будет зависеть и от фактической величины сетевого напряжения, и от охлаждения воздуха внутри электрощита, в котором находится выключатель, и от выделения тепла всем остальным содержимым того же электрощита. Здорово, правда?

Кстати, при увеличении силы тока на 13% его тепловое действие увеличивается. да, на 27.7 процентов. Это дополнительный нагрев всей цепи, в которой протекает избыточный ток. Это нагрев проводов, соединений, розеток. Здорово, правда? Именно о таком испытании своих электрических цепей, которые далеко не всегда сделаны с требуемыми по нормативам запасами, мечтает каждый покупатель бытовых приборов. Условный ток нерасцепления в нормальной время-токовой характеристике уже не выглядит таким привлекательным и теперь не только «решает» проблемы, но быть может и создает новые.

Поэтому электронагревательный прибор с мощностью «на пределе возможного» – это интригующая неопределенность. Может заработать без нареканий, а может беспокоить покупателя перегревом проводов или вызывать срабатывание автоматических выключателей.

Разгадывание таких ребусов – явно не то, к чему обычно готовится покупатель, выбирая бытовой электроприбор, который поставляется с сетевым проводом с вилкой для включения в «обычную» розетку. Он хотел просто помыться теплой водой. Такой наивный.

А теперь. краткий пересказ написанного выше.

1. Чем выше фактическое напряжение, тем большую фактическую мощность потребляет тот же электронагревательный прибор, тем выше сила тока через него и тем больше разогреваются все элементы электрической цепи, в которую он включен, – провода, вилка, розетка, автоматические выключатели и другое содержимое электрощита. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

2. Фактическое напряжение может быть разным в разных домах одного квартала, разных подъездах одного дома, разных квартирах одного подъезда и изменяться в течение суток. Это нормально, это случается повсюду, так устроены распределительные электрические сети.

3. Чем выше температура воздуха вокруг автоматического выключателя и чем больше превышение фактической силы тока над номиналом автоматического выключателя, тем быстрее он срабатывает. Так устроены автоматические выключатели. ГОСТ Р 50345-2010 – увлекательный документ.

4. Электронагревательные приборы с мощностью «на пределе возможного» – неоднозначное решение для бытовых приборов, которые покупатель привозит из магазина и включает в «обычную» розетку. Покупатель, который наивно надеялся помыться теплой водой, может застрять в разгадывании разнообразных ребусов.

Источник