Силовые кабеля и предохранители. F.A.Q.

Силовые кабеля и предохранители. F.A.Q.

Сообщение Booble_g » 19 май 2017, 13:07

Многие из вас, при проектировании силовой цепи в авто прибегали к помощи таблиц подбора силовых проводов. Иногда люди просто берут первые попавшиеся силовые провода что бы подключить усилитель. Большинство установщиков и людей которые разбираются в автозвуке знают что правильно подобранные силовые провода и их сечение очень важно. Давайте ознакомится с одной из таких таблиц:
stinger.jpg

Кто-то просто брал необходимые значения, а кто-то пытался понять, что это за цифры, откуда они взялись и почему.
Как видно из таблицы выше, для каждого сечения провода регламентируется допустимый номинал предохранителя. Кроме того, минимальный калибр провода зависит от длины силового кабеля, что таблица также отражает. Так вот, почему такое ограничение? Неужели провод 150Ампер способен пропустить а 160 нет? Разумеется может!

Ток в проводнике в случае короткого замыкания и достаточности источника ограничен лишь сопротивлением этого самого проводника, которое зависит от сечения и длины (ну и от материала, но мы говорим сейчас о меди и только о ней), а также от нагрева проводника.

Таким образом, коротенький провод 2Ga сможет пропустить и 150 и 300 и 500 и 800ампер.вопрос лишь в том, как долго и с какими последствиями.

Силовая цепь аудиосистемы, состоит из источников питания, соединителей, клемм, дистрибьюторов, держателей предохранителей и собственно потребителей (усилителей и прочей аппаратуры). В штатном режиме работы основным потребителем является ваша аппаратура потому, что ее сопротивление в цепи значительно выше суммарного сопротивления кабелей и соединений. Но, если подходить буквально, то провод и каждое соединение, также обладая определенным сопротивлением, являются потребителями в данной цепи, включенными последовательно с основной нагрузкой. Потребляют они энергию преобразуя ее в банальное тепло и рассеивая его в окружающую среду. Поскольку их сопротивление весьма малО, в штатных режимах тепла выделяется не много, как и потребляется энергии.
Соответственно, увеличивая потребление нагрузки (снижая ее суммарное сопротивление, приближая тем самым его величину к сопротивлению самого провода и соединений) мы сильнее нагружаем силовую цепь. В этом случае и тепла наша силовая цепь будет выделять больше.
То есть, как только мы включили аудиосистему и нагрузили ее, силовая цепь начинает нагреваться относительно исходной температуры до определенного значения и как только баланс нагрева и рассеивания тепла уравновешивается, дальнейший нагрев прекращается и система работает. Чем сильнее мы нагрузим силовую цепь, тем сильнее она нагреется относительно исходных значений.

Все это хорошо и прекрасно работает если система спроектирована грамотно и до тех пор, пока она работает в штатном режиме. В этом случае вы даже не заметите этих процессов ибо температуры будут там детские. Но чем сильнее мы начнем грузить провод, снижая сопротивление нагрузки до сопоставимых и близких значений сопротивления цепи, тем активнее наша цепь будет превращаться в потребителя и тем сильнее будет греться. Я думаю многие из вас видели оплавившиеся колбы мистери? Оплавились они не потому, что система была мощной, а потому, что контакт в колбе был барахловым и его сопротивление стало сопоставимым с сопротивлением нагрузки, в итоге контакт стал нагрузкой активно преобразующей энергию в тепло и в итоге сгорел.

Так вот, основным, но не единственным фактором, ограничивающим допустимый длительный ток кабеля является нагрев.

Допустимым считается тот ток, при котором кабель может работать неограниченно долго, а его нагрев не вызовет повреждений самого кабеля и его изоляции, а также, не вызовет препятствий для эксплуатации кабеля в цепях назначения.

Если говорить о цифрах и взять для примера всеми любимый кабель марки КГ, то правила устройства электроустановок (ПУЭ) для сечения 35мм2 регламентируют длительный допустимый ток в 165А, при 25 градусах окружающей среды. Под воздействием тока данной величины в среде с данной температурой кабель нагреется до максимально допустимых 75 градусов.
При этом, в случае использования кабеля в условиях высоких температур в 50 градусов, правила ограничивают максимальный длительный ток до 65Ампер. (Что? Многие подкапотку в жарком июле вспомнили? ;)) И уже отсюда видна некоторая упрощенность рекомендаций таблиц выбора предохранителей для кабелей, которыми мы все пользуемся.

На практике, максимальный длительный ток будет определяться качеством и термостойкостью изоляции, назначения провода, его условий работы, длины, условий нагрузки, и еще кучи факторов. Даже банально можно увеличить пропускную способность взяв, скажем не 30 квадратов а 2 провода по 15. У двух проводов площадь рассеивания тепла будет выше и соответственно они смогут пропустить больший ток, без перегрева.
Тем не менее, таблицы весьма объективны. Они регламентируют токи, при эксплуатации проводов в авто, с учетом данных условий, вариантов монтажа и длин проводов, а также относительно режимов работы нашей нагрузки таким образом, чтобы изоляция гарантировано была в порядке, а сами жилы не перегревались, даже в бюджетных кабелях.
Определив суммарное потребление вашей аудиосистемы и воспользовавшись таблицей, вы сможете выбрать кабель, который будет полностью соответствовать вашей нагрузке и вашим условиям эксплуатации.

Теперь поговорим о предохранителях. Чем, по сути является предохранитель и для чего он устанавливается в силовую цепь?

Предохранитель-это ограничивающее устройство, обеспечивающее силовой цепи работу только в ее расчетных режимах! И это основное и единственное его назначение!

Предохранитель не служит для защиты провода от короткого замыкания (поскольку КЗ это не более, чем один из целой кучи частных случаев нештатных режимов работы кабеля). Предохранитель гарантирует кабелю расчетный режим работы, что бы не произошло с нагрузкой цепи. Вне зависимости КЗ это или перегрузка, или кривые руки.

Что произойдет, если закоротить провод без предохранителя на аккумулятор? В этом случае, нагрузки у кабеля просто не будет, другими словами ее сопротивление будет равно нулю в то время, как сопротивление кабеля хоть и мало но далеко не нулевое. Соответственно, провод сам и станет единственным потребителем энергии, потребляемый ток возрастет до того значения, которое позволит сопротивление кабеля с учетом прироста от динамического нагрева, и взлетит далеко за пределы допустимых длительных токов для данного калибра. Провод начнет интенсивно преобразовывать энергию в тепло, спалит изоляцию и в самом критическом случае расплавит сам себя.
Provod.jpg

Теперь, внесем в наш эксперимент предохранитель. Допустим, те пресловутые 300 ампер и провод 2Ga.
Как происходит защита предохранителем? Предохранитель, есть ни что иное как обычный проводник с узким участком. (который так смущает многих новичков, мол зачем толстый кабель, когда пред с волосинку? )) ).
pred.jpg

Как мы все знаем, сопротивление проводника зависит от материала, сечения и длины. Чем тоньше и длиннее провод, тем сопротивление его выше. Проводник в предохранителе очень тонкий, но и очень короткий. Его материал, сечение и длина рассчитаны таким образом, чтобы при превышении значения силы тока, протекающего через пред выше номинального значения предохранителя, жилка в нем нагрелась настолько, что сама себя расплавила.

Разумеется, это происходит не мгновенно. У любого предохранителя есть инерция срабатывания, а также пиковые значения, при которых пред останется цел. Если скажем кратковременно через пред 300 Ампер пропустить 500А то он не сгорит. Просто не успеет. Таким образом, предохранитель обладает целым рядом параметров, помимо номинального тока.

Хозяйкам на заметку:
Ток, который указывается на предохранителе это не ток, при котором он сгорит, а максимальный ток, при котором предохранитель будет работать.

Гореть пред начнет при превышении значения силы тока на 10% от номинального значения (если не ошибаюсь).
Теперь, давайте рассмотрим работу провода и предохранителя в комплексе. В чем основная суть? Почему горит пред, а не провод? Да просто потому, что в обычных условиях сопротивление и провода и предохранителя пренебрежимо малы. Но как только мы возьмем и закоротим цепь провода и преда на аккумулятор, то они оба превратятся в потребителей, а баланс потребления будет зависеть от сопротивлений провода и преда и чем больше номинал предохранителя (чем толще будет его жилка) тем ниже будет его сопротивление и тем больше энергии пойдет на нагрев провода.
В нашем эксперименте с глухим КЗ этой цепи, ток будет так велик, что сгорит любой предохранитель, номинал которого меньше тока, который определит суммарное сопротивление преда и провода. Просто потому, что площадь излучающей тепло поверхности жилки предохранителя кратно ниже, чем у провода. Пред тупо быстрее расплавится, в то время, как провод не успеет нагреться до необратимых последствий и все будет нормально.

Давайте теперь поразмышляем, в каких случаях в реальной аудиосистеме реального авто может возникнуть такая внештатная ситуация, при которой наглухо закоротит силовой провод? Да только в случае серьезного ДТП, в результате которого металл деформировался и зажал жилы провода настолько, чтобы сопротивление данного контакта оказалось достаточно низким, чтобы пропустить ток более 300Ампер. В этом случае, безусловно, предохранитель сработает и убережет авто от пожара…

Но что произойдет в других ситуациях? Берем тот же КЗ, но не глухой вследствие ДТП, а скажем от банального перетира провода, или в случае ДТП но не с глухим зажатием. Допустим у нас провод 2Ga с допустимым нагревом до 75 градусов при токе 150а. Пятно короткого замыкания имеет сопротивление, позволяющее пропускать через цепь ток только 250-300а. Пятно это греется и горит. Вместе с ним очень быстро разогревается и провод, терпящий значительную перегрузку и умножая шансы пожара. А что делает предохранитель? Он просто работает! Ибо ему плевать нагружен ли он усилителями или горящей машиной. В этом случае, данный предохранитель никак не поможет системе в этой внештатной и достаточно распространенной ситуации.

Аналогичная история произойдет, если кабель выбран не верно и система будет потреблять порядка 250-300ампер. Ситуация будет полностью аналогична предыдущей. С теми же последствиями.

Да в случае правильного подбора предохранителя подобная ситуация также может произойти и разница будет лишь в том, что провод не будет гореть и достаточно будет ликвидировать саму причину КЗ.

Разумеется, провода марки КГ далеко не эталон, да и вообще не самый лучший выбор. На рынке существует много моделей проводов термоустойчивой изоляцией. Это несомненный плюс и запас прочности в изоляции это очень хорошо.только вот на что производитель не может повлиять, так это на нагрев меди. И медь таких проводов при прочих равных условиях, нагреется точно также, как и медь в дешевом КГ и тот факт, что в машине под полом провод греется под сотню градусов от 300Амперного тока будет тревожить куда сильнее, чем будет успокаивать заявка о термостойкости изоляции. Да, кабель может быть устойчивым, но даже не расплавившись, он будет греть все, что его окружает, а в машине и без него масса легковоспламеняющихся веществ. И проблема не только в этом.

До сих пор, мы не брали во внимание совокупность всех соединений, клемм, терминалов в силовой цепи на пути от клемм источников питания, до клемм нагрузки. Вся эта фурнитура, ежели имеет приемные терминалы для сечений 2Ga то и рассчитана обеспечивать пятно контакта сопротивлением достаточно малым чтобы без нагрева переваривать токи допустимые для данного калибра. Если перегружать кабель по току, то вместе с ним перегружаться будет и все остальное, перегреваясь ухудшая контакт, от этого еще больше перегреваясь и еще более ухудшая контакт. А если еще и допущен где-то косяк монтажа, то полыхнуть в этом месте шансы у цепи резко возрастут.

Так как же выбрать то пред на силовой провод? Многие бездумно оперируют значениями из таблиц, не вникая в то, что в таблицах указаны МАКСИМАЛЬНО допустимые значения номиналов предохранителя для данного сечения. При этом ставить максимум вовсе не обязательно. Я уже рассказывал когда-то в бортовике о том, как можно примерно прикинуть суммарное потребление тока вашей аудиосистемой. И если система, скажем питается от провода 2Ga и при этом долговременно не потребялет более 100А тока, то нет никакого смысла ставить предохранитель 150Ампер. Вполне будет достаточно 100А. Мы выше уже говорили о том, что предохранители обладают инерцией срабатывания и в случае внештатной ситуации предохранитель 100А сгорит гораздо быстрее, чем 150. И этот нюанс лишним не бывает.
Многие боятся потерь на предохранителе мотивируя бОльшим сопротивлением преда с меньшим номиналом. Да, все это верно, но если сделать расчет, а еще лучше замер этих потерь, то в грамотно спроектированной и собранной системе цифры окажутся настолько малыми, что ими вполне можно будет пренебречь. Тем более, если мы говорим о безопасности системы.

Если резюмировать вышеизложенное, то сечение провода стоит подбирать только по таблицам выбора сечений проводов относительно расчетного суммарного потребления вашей аудиосистемы, относительно этого же потребления нужно выбирать и предохранитель. И только так.

Да, кто-то скажет мол все это паранойя и если так думать, то можно насочинять кучу ситуаций. Да, все верно. Но если так думать, то тогда зачем ставить предохранители вовсе? Пристегиваться.покупать авто с подушками безопасности и т.д.
Важно понимать, что все эти цифры и прочее, взяты вовсе не с потолка а из правил, регламентов и допусков. А все эти вещи написаны кровью тех, кто забивал на это дело, изобретал свою физику и руководствовался своими соображениями, домыслами и заблуждениями.

Разумеется, каждый выбирает сам, что ему делать и как, какие ставить преды и ставить ли вообще, но лично я предпочитаю при постройке аудиосистем в вопросах безопасности строго руководствоваться правилами, допусками и рекомендациями, а также придерживаться принципа некоторой избыточности. Всегда остается человеческий фактор и лично по моему мнению, силовая цепь аудиосистемы в авто должна быть надежнее защищена, чем штатная бортсеть.
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.
Аватара пользователя
 
Сообщения: 23
Зарегистрирован: 28 мар 2017, 12:16

Вернуться в Автозвук, морская акустика

Ветка создана по теме: Автоакустика, усилители мощности звука, сабвуферы, морская акустика — советы по выбору устройств автозвука от специалистов. Ответы на вопросы. © «130.ЮА»