Еще раз о выборе сечения проводов

Неоднократно поднимался вопрос о выборе сечения проводов, особенно в блоках питания.
При этом умные люди настоятельно советовали исходить из плотности тока 1-2 А на мм².
Ни в коем случае не собираюсь отвергать этот, в сущности, совершенно правильный совет.
Однако, предлагаю подходить к данному вопросу более рационально.

Для начала, несколько примеров.
1. Стиральная машина, мощность 2,2 Квт, стало быть ток 10А. Диаметр провода — 0.8 мм (т.е. сечение ~ 0.5 мм²). Плотность тока — 20А/мм².
2. Компьютерный блок питания. Ток 12В выхода — 18А. Пусть кто-нибудь укажет мне в этом блоке питания хотя бы один провод с сечением 9мм²! (Я даже не говорю о 5В выходе с током 30А!)/ (Ну, здесь я немного лукавлю — многие выводы с платы – многожильные, но уверяю вас,– сумма сечений соответствующих проводов никак не составляет ничего похожего на 9 мм²).
3. К ШД (ток около 1.5А) в принтере отнюдь не подходит жгут из 5 проводов диаметром 1.2 мм каждый.
4. Посмотрите в SprintLayout свойства проводника шириной 0,6 мм.
Программа покажет Imax =1.9А (при толщине проводника 35 мк, т.е. с площадью сечения 0,035*0,6 = 0,021 мм², плотность тока >90А/мм²!) И это при температуре 20°.

Так в чем же дело?

Любой ток нагревает проводник, по которому он проходит. Но проводник, в свою очередь, охлаждается путем теплообмена с окружающей средой. Так вот, рекомендуемая плотность 1-2А соответствует случаю, когда провод естественным образом охлаждается практически с той же скоростью, с которой его нагревает ток, т.е., фактически, нагрев проводника исключается.
На практике, что демонстрируется приведенными примерами, часто либо допускают некоторый нагрев проводника относительно окружающей среды, либо используется его охлаждение.
В первом примере это заметно по вполне ощутимому нагреву провода стиральной машины. Точно также в третьем примере, греются не только провода, но особенно заметно сами двигатели, поскольку их обмотки выполнены довольно тонким проводом.
Во втором примере, во-первых, в БП редко достигаются максимальные токи, во-вторых, перегрев заметно снижается за счет обдува вентилятором блока питания (хотя вентилятор охлаждает лишь участки проводов, находящиеся внутри блока, высокая теплопроводность меди делает остальное).
В четвертом примере перегрев практически исключен за счет того, что проводник “площе крокодила Гены :)”, и поэтому при малом сечении имеет большую поверхность, что весьма способствует охлаждению. Кстати, обратите внимание, что в промышленности подвод тока к сильноточным потребителям осуществляется, в основном, плоскими шинами, что делается, в первую очередь, для лучшего охлаждения.
Для очень мощных потребителей применяют охлаждаемые токоподводы. Например, жилы помещаются в трубы, по которым прокачивается холодная вода.

Теперь приведу выдержку (для относительно небольших сечений проводов) из практической таблицы из “Правил установки электрооборудования”.

Допустимая длительная сила тока, А, в поводах с медными жилами в резиновой или ПВХ изоляции (для одиночного открытого провода и естественного воздушного охлаждения)

Одновременно эти правила рекомендуют, по возможности, особенно в жилых помещениях, выбирать такие сечения, чтобы сила тока не превышала 70% допустимой. При прокладке проводов жгутом, допустимую силу тока следует снижать примерно на 7% на каждый дополнительный провод.

Кроме того, следует учитывать большое падение напряжения на длинных проводах недостаточного сечения. Например, при длине провода 2 м с сечением 0,5 мм², при прохождении по нему тока силой 10А (что допустимо в соответствии с приведенной таблицей), на нем падает напряжение около 1.8 В, что далеко не всегда допустимо по другим соображениям.