Электрический проводник тока: медная и алюминиевая жила кабеля, номинальное сечение и изоляция

Предисловие: Проводники электричества - это различные металлы и сплавы, которые используются для передачи электрического тока от трансформаторного распределительного щитка до конечной точки назначения, то есть до бытового прибора.

Проводники электрического тока применяются при производстве проводки и силовых кабелей. Самый распространенный электрический проводник — это медь. Алюминий немногим уступает ей по своим эксплуатационным свойствам электрического проводника.

Предлагаем вам обзорный материал, в котором описаны характеристики проводников электрического тока, используемых в частном домостроении.

В бытовых условиях в качестве проводника чаще всего используются алюминий, медь и алюмомедь.

Алюминиевые жилы

Алюминиевые жилы — легкие и дешевые материалы, обладающие высокой электропроводностью. Алюминий хорошо отдает тепло, химически стоек. Однако у него есть несколько недостатков.

1. Не обладает достаточной гибкостью. Провода, выполненные из этого металла, применяют только в стационарных установках и там, где при прокладке кабеля нет острых углов поворота.
2. Окисляется на воздухе. Тугоплавкая пленка темного цвета, образующаяся на поверхности алюминия, обладает диэлектрическими свойствами и в местах контакта может серьезно препятствовать течению электрического тока. Отсюда излишний перегрев и возможность потери контакта в местах соединения.
3. Чистый алюминий — прекрасный проводник, но избавить его от примесей очень трудно. Электропроводность этого металла в полтора раза меньше, чем у меди.

Медная жила кабеля

Медная жила кабеля имеет более высокие качественные характеристики по сравнению с алюминием. Она обладает высокими теплопроводящими и токопроводящими свойствами и не образует оксидную пленку. Медный кабель более гибкий. Если минимальная толщина алюминиевых проводников 2,5 мм², то из меди можно изготавливать жилы толщиной 0,3 мм². Однако у меди также есть свои недостатки: дороговизна, высокая плотность, а, следовательно, и вес, невозможность прямого соединения с алюминиевыми жилами. Медь с алюминием образуют гальваническую пару, и возникающие токи разрушают контакт. Чтобы этого избежать, используют специальные клеммы соединения.

Алюмомедь — механический композит, состоящий из алюминиевого сердечника и медной рубашки, которая занимает 10 % от объема жилы. Этот материал имеет более низкую стоимость. Однако, несмотря на сочетание положительных качественных характеристик меди, и алюминия, проводники из алюмомеди по всем показателям уступают проводникам из отдельных металлов.

Номинальное сечение токопроводящей медной жилы кабеля: расчет и выбор

Номинальное сечение жилы в выпускаемых проводах и кабелях варьируется от 0,3 до 800мм². Как правило, в быту используют проводники, в которых сечение жилы кабеля варьируется от 0,35 до 16 мм², редко — 25 мм². Выбор сечения жил кабеля зависит от напряжения и силы тока. Чем выше проводимая нагрузка, тем больше должно быть сечение. Формула, по котрой производится расчет сечения жилы, сложна, поэтому рекомендуется воспользоваться таблицей «Зависимость сечения токопроводящих медных жил от силы тока». В ней приведены сведения, касающиеся наиболее часто используемого сечения медных жил. Данные о зависимости между сечением медного проводника и типом нагрузки на сеть представлены в таблице «Зависимость сечения токопроводящих медных жил от подключаемой к ним электрической нагрузки».

Таблица. Зависимость сечения токопроводящей жилы от силы тока.

Сечение токопроводящей жилы, мм2	Напряжение сети
	220 В		380 В
	сила тока, А	мощность, кВт	сила тока, А	мощность, кВт
1,5	19	4,1	16	10,5
2,5	27	5,9	25	16,5
4	38	8,3	30	19,8
6	46	10,1	40	26,4
10	70	15,4	50	33,0
16	85	18,7	75	49,5
25	115	25,3	90	59,4
35	135	29,7	115	75,9
50	175	38,5	145	95,7
70	215	47,3	180	118,8
95	260	57,2	220	145,2
120	300	66,0	260	171,6

Таблица. Зависимость сечения токопроводящей медной жилы от подключаемой к ним электрической нагрузки.

Однофазная бытовая нагрузка	Максимальная мощность однофазной нагрузки (при напряжении 220 В), кВт	Сила тока, А			Сечение медных жил проводов и кабелей, мм2
		нагрузки (допустимая длительная для проводов и кабелей)	автомата защиты
			номинальная	предельная
Группы освещения и сигнализации	4,1	19	10	16	1,5
Розеточные группы и электрические полы	5,9	27	16	20	2,5
Водонагреватели и кондиционеры	8,3	38	25	32	4
Электрические плиты и духовые шкафы	10,1	46	32	40	6
Вводные питающие линии	15,4	70	50	63	10

Количество проволок в жиле

Количество проволок в жиле влияет на гибкость кабеля или провода: чем больше их приходится на единицу сечения, тем гибче проводник. Если проводник должен держать форму, например, при монтаже распределительных щитов, применяют одно проволочные жилы. Различают жилы гибкие и с повышенной гибкостью. Последние используются при изготовлении шнуров.

Изоляция жил кабеля и её номинальная толщина

Изоляция жил кабеля — важнейшая часть проводников, которая придает кабелям и проводам определенные характеристики. В зависимости от изоляции они могут быть бронированными, термостойкими, водонепроницаемыми, защищенными от давления и т. д. Основные задачи изоляции: защита от утечки и поражения электрическим током, механическая и термическая защита кабеля, индикация проводников. Изоляция подразделяется на токопроводящую жилу (ТПЖ) и оболочку, которая покрывает проводник снаружи.

Основной характеристикой изоляционного материала является электрическая прочность — такое значение силы тока, при котором заряд пробивает слой номинальной толщины изоляции жил в 1 мм. Изоляция жил всех кабелей, используемых в быту, имеют высокую электрическую прочность. Пробой в ней возможен лишь при механическом повреждении или длительной службе провода.

Нагревостойкость определяет способность изоляции выдерживать действие высоких температур. Чем выше показатель, тем большую температуру нагрева может выдержать изоляция, не теряя своих свойств.

К характеристикам изоляции относят также морозостойкость и механическую прочность. Чем крепче и устойчивее на разрыв и изгиб материал изолятора, тем лучше. С понятием механической прочности связан термин «опрессовка». При изготовлении кабелей или проводов, когда внешняя оболочка надевается на изоляцию ТПЖ, они опрессовываются, приобретая плотность и структуру (плоскую или круглую). Покупая проводник, убедитесь, что он опрессован с надлежащей тщательностью.

Номинальная толщина изоляции жил кабеля зависит от того материала, который используется при обмотке. Среди наиболее распространенных изоляционных материалов можно выделить следующие.

Поливинилхлорид (ПВХ) — наиболее распространенный изоляционный материал. Представляет собой мягкий и гибкий полимер белого цвета, обладающий высокой устойчивостью к кислотам и щелочам, практически не горюч. К недостаткам ПВХ относится низкая морозоустойчивость (до —20°C), хотя в последнее время созданы и холодоустойчивые модификации. Кроме того, при нагревании материал выделяет диоксины (вредные вещества с едким запахом) и хлороводород. Последний, попадая в процессе дыхания на слизистую оболочку способен соединяться с водой и образовывать разъедающую соляную кислоту.

Резина — отличный изолятор, изготавливаемый из искусственного или природного каучука. Придает кабелю повышенную гибкость и морозостойкость.

Полиэтилен — изолятор, весьма устойчивый к агрессивным веществам и действию низких температур.

Силиконовая резина — эластичный термостойкий изолятор, который при сгорании образует диэлектрическую защитную пленку.

Пропитанная бумага имеет отличные токоизолирующие свойства, но, к сожалению, хорошо горит и требует дополнительные материалы для термоизоляции.

Карболит — термостойкий, но хрупкий пластический материал. Служит для производства розеточных колодок и оболочек кабельных сжимов.

Металлическая фольга образует экран, который отражает посторонние электромагнитные сигналы и служит для выравнивания внутреннего электрического поля. Такую изоляцию, как правило, имеют информационные кабели.

Металл. Используется для защиты от механического воздействия в силовых кабелях высокого напряжения, которые закладываются в землю. Так называемые бронированные кабели. Над броней и под ней ставятся защитные подушки, предохраняющие саму броню от внешнего воздействия и нижележащую изоляцию от воздействия металла брони соответственно.

Чтобы, глядя на кабель с обоих концов, не пришлось гадать, где какая жила, все ТПЖ заключают в изоляционную оболочку различных цветов. Данная маркировка несет дополнительную информационную нагрузку. Обычно в трехжильном кабеле используют жилы следующих цветов: белого (фаза), красного (нуль) и желто-зеленого (заземление). Желто-зеленый цвет для заземления считается устойчивым цветом привязки, в остальном можно использовать любую гамму по желанию монтирующего цепь. Главное — запомнить, какой цвет что обозначает.