Допустимый ток кабеля

Допустимый длительный ток кабеля – это максимальная величина силы электрического тока, которая может длительно протекать по кабелю без превышения установленного предела температуры его токопроводящих жил и изоляции. Превышение этого значения приводит к необратимому старению изоляции, сокращению срока службы кабеля, а в критических ситуациях – к пробою изоляции и короткому замыканию.

Определение этого параметра регламентируется фундаментальными документами, такими как Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ) и национальными стандартами (в России – ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ»). Расчеты основываются на решении уравнения теплового баланса, где тепло, выделяемое в проводнике за счет эффекта Джоуля-Ленца, рассеивается в окружающую среду.

2. Факторы, влияющие на допустимый ток

На величину допустимого тока влияет комплекс факторов, которые необходимо учитывать в совокупности.

2.1. Материал и сечение токопроводящей жилы

• Материал: Наиболее распространены медь и алюминий. Медь имеет удельное электрическое сопротивление примерно в 1.68 раза ниже, чем у алюминия. При прочих равных условиях, медный кабель способен пропустить на 30-35% больше тока, чем алюминиевый того же сечения.
• Сечение (площадь поперечного сечения): Увеличение сечения прямо пропорционально увеличивает способность кабеля проводить ток, так как снижается электрическое сопротивление. Однако зависимость нелинейна из-за поверхностного эффекта (скин-эффекта), который проявляется на больших сечениях и при повышенной частоте тока.

2.2. Материал и толщина изоляции

Материал изоляции определяет максимальную допустимую температуру ее нагрева. Чем выше этот предел, тем больший ток можно пропустить через кабель, но при этом должны выдерживаться ограничения для других элементов (например, соединительных муфт).

• Поливинилхлорид (ПВХ): До +70°C. Наиболее распространен, но имеет ограниченную термостойкость.
• Сшитый полиэтилен (СПЭ/XLPE): До +90°C. Современный материал, обладающий высокой термостойкостью, стойкостью к воздействиям, что позволяет увеличить токовую нагрузку на 20-30% по сравнению с ПВХ при том же сечении.
• Резина: До +65…+85°C (в зависимости от марки). Применяется для гибких кабелей.

2.3. Способ прокладки

Способ прокладки критически влияет на условия теплоотвода.

• Прокладка в воздухе (в лотках, коробах, по стенам): Охлаждение происходит за счет конвекции воздуха. Нагрузка зависит от расстояния между кабелями.
• Прокладка в земле (траншеях): Теплоотвод лучше, чем в воздухе, так как теплопроводность грунта выше. Нагрузка зависит от удельного теплового сопротивления грунта, его влажности и глубины прокладки.
• Одиночная прокладка: Наилучшие условия охлаждения.
• Групповая прокладка: При прокладке нескольких кабелей вплотную друг к другу они взаимно нагреваются. Вводится коэффициент снижения тока (Kсн), значение которого может опускаться до 0.5-0.6 при большом количестве кабелей в одном пучке.

2.4. Температура окружающей среды

Номинальные токовые нагрузки в таблицах обычно приведены для стандартной температуры:

• +25°C – для прокладки в воздухе;
• +15°C – для прокладки в земле.

При повышении температуры окружающей среды способность кабеля рассеивать тепло падает. Для коррекции применяются температурные коэффициенты (Kt). Например, если при +25°C Kt=1.0, то при +40°C он может составлять 0.91, а при +50°C – 0.82.

2.5. Количество токопроводящих жил в кабеле

Трехжильные и многожильные кабели имеют худший теплоотвод по сравнению с одножильными, так как внутренние жилы нагреваются сильнее из-за взаимного теплового влияния.

3. Таблицы допустимых токовых нагрузок

Ниже приведены сводные таблицы для наиболее распространенных типов кабелей. Данные основаны на ПУЭ и ГОСТ.

Таблица 1: Допустимые токовые нагрузки для кабелей с медными жилами с изоляцией из ПВХ и СПЭ (одиночная прокладка в воздухе, температура воздуха +25°C)

Сечение жилы, мм²	Допустимый ток, А (ПВХ, +70°C)	Допустимый ток, А (СПЭ, +90°C)
1.5	21	24
2.5	28	33
4	38	44
6	50	56
10	70	80
16	90	105
25	115	135
35	140	165
50	170	205
70	215	255
95	260	310
120	300	355

Таблица 2: Допустимые токовые нагрузки для кабелей с алюминиевыми жилами с изоляцией из ПВХ и СПЭ (одиночная прокладка в воздухе, температура воздуха +25°C)

Сечение жилы, мм²	Допустимый ток, А (ПВХ, +70°C)	Допустимый ток, А (СПЭ, +90°C)
2.5	21	25
4	28	34
6	36	42
10	55	60
16	70	80
25	90	105
35	110	130
50	135	160
70	170	200
95	205	245
120	235	280

Таблица 3: Коэффициенты снижения тока для групповой прокладки (число рабочих кабелей, проложенных вплотную)

Число кабелей	1	2	3	4	5	6	7-9
Коэффициент	1.0	0.9	0.85	0.8	0.78	0.75	0.7

Таблица 4: Поправочный коэффициент на температуру воздуха для кабелей, проложенных в воздухе

Температура воздуха, °C	+15	+20	+25	+30	+35	+40	+45	+50
Коэффициент Kt	1.12	1.06	1.0	0.94	0.88	0.82	0.76	0.71

4. Расчет допустимого тока с учетом реальных условий

Формула для определения фактического допустимого тока (Iдоп.факт) в конкретных условиях прокладки:

Iдоп.факт = Iдоп.табл × Kt × Kсн × Kгр

Где:

• Iдоп.табл – табличное значение допустимого тока (из Таблиц 1 или 2).
• Kt – поправочный коэффициент на температуру окружающей среды (Таблица 4).
• Kсн – коэффициент снижения тока для групповой прокладки (Таблица 3).
• Kгр – коэффициент для прокладки в земле, учитывающий удельное тепловое сопротивление грунта (в нормальных условиях для влажного грунта принимается равным 1.0, для сухого песка может снижаться до 0.6-0.7).

Пример расчета:
Необходимо определить допустимый ток для трех медных кабелей сечением 50 мм² с изоляцией из СПЭ, проложенных в одном лотке в помещении с температурой +40°C.

1. Iдоп.табл = 205 А (из Таблицы 1).
2. Kt = 0.82 (из Таблицы 4).
3. Kсн = 0.85 (из Таблицы 3 для 3-х кабелей).
4. Kгр = 1.0 (прокладка в воздухе).
5. Iдоп.факт = 205 × 0.82 × 0.85 × 1.0 ≈ 143 А.

Таким образом, в данных условиях каждый кабель может быть нагружен током не более 143 А, что существенно ниже табличного значения 205 А.

5. Последствия превышения допустимого тока

• Перегрев изоляции: Превышение температуры приводит к ускоренному термическому старению – изоляция теряет эластичность, становится хрупкой, в ней появляются микротрещины.
• Снижение электрической прочности: В деградировавшей изоляции снижается пробивное напряжение, что повышает риск межфазного короткого замыкания или замыкания на землю.
• Пожароопасность: Сильный перегрев кабеля может привести к возгоранию изоляции и распространению пламени по трассе прокладки.
• Потери электроэнергии: Увеличение тока нагрузки ведет к квадратичному росту потерь мощности (P = I² × R), что снижает КПД системы.

6. Выбор сечения кабеля по допустимому току

Выбор сечения является первым и основным этапом проектирования кабельной линии. Алгоритм:

1. Определение расчетного тока нагрузки (Iр) по мощности потребителей.
2. Выбор типа кабеля и способа его прокладки.
3. Выбор стандартного сечения из таблиц, исходя из условия: Iдоп.табл ≥ Iр.
4. Корректировка Iдоп.табл на реальные условия прокладки (см. п.4).
5. Проверка условия: Iдоп.факт ≥ Iр. Если условие не выполняется, необходимо выбрать кабель большего сечения.
6. Дополнительные проверки: на потерю напряжения и на соответствие токам защиты (срабатывания автоматических выключателей).

---

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Почему для одного и того же сечения кабеля в разных справочниках могут быть разные значения допустимого тока?
Различия могут быть вызваны разными методиками расчета, заложенными в национальные стандарты разных стран (ПУЭ, IEC, NEC), а также разными исходными условиями: точной маркой изоляции, допустимой температурой, способом прокладки и принятыми температурами окружающей среды.

2. Как быть, если температура эксплуатации постоянно выше +25°C?
Необходимо либо применять кабели с более термостойкой изоляцией (СПЭ вместо ПВХ), либо закладывать большее сечение, чтобы при рабочем токе температура жилы не превышала допустимую. Обязателен расчет с использованием понижающего температурного коэффициента Kt.

3. Что важнее при выборе сечения: допустимый ток или падение напряжения?
Оба критерия критически важны. Сначала сечение выбирается по допустимому току (условие нагрева и пожарной безопасности), а затем обязательно проверяется на потерю напряжения. Для протяженных линий с малой нагрузкой ограничивающим фактором часто является именно падение напряжения.

4. Можно ли использовать алюминиевый кабель вместо медного простой заменой на одинаковое сечение?
Нет, нельзя. Поскольку допустимый ток для алюминия ниже, прямая замена приведет к перегреву кабеля. Необходимо выбрать алюминиевый кабель на одно-два стандартных сечения больше. Например, вместо медного 10 мм² (70А) следует рассматривать алюминиевый 16 мм² (70А).

5. Как учитывается кратковременная перегрузка по току?
Стандарты допускают кратковременные перегрузки (например, при пуске электродвигателей), если они не вызывают превышения максимально допустимой температуры для кабеля. Длительность и величина таких перегрузок нормируются. Защитная аппаратура (автоматы, предохранители) должна отсекать длительные перегрузки, но допускать кратковременные.

6. Влияет ли частота тока на допустимую нагрузку?
Да, с ростом частоты переменного тока проявляется поверхностный эффект (скин-эффект) и эффект близости, которые приводят к неравномерному распределению тока по сечению жилы и увеличению ее активного сопротивления. Это приводит к дополнительному нагреву и требует снижения допустимой токовой нагрузки на частотах выше 50-60 Гц.

7. Как прокладка в трубе влияет на токовую нагрузку?
Прокладка в трубе, особенно герметично замоноличенной в стену, ухудшает теплоотвод по сравнению с открытой прокладкой в воздухе. Такой способ приравнивается к худшим условиям охлаждения, и часто требует применения понижающего коэффициента 0.8-0.9.