Корекція опору мідного провідника за температурою — формула 234,5 і чому R20 робить показання порівнянними

[Гід про вимірювання безперервності захисного провідника R1+R2](/guides/nen-3140/continuiteitsmeting-r1-r2-beschermingsleiding) і гід про вимірювання перехідного опору мікроомметром обидва розглядають, як проводиться вимірювання опору і з яким пороговим чи порівняльним значенням воно звіряється. Жоден з цих гідів не розглядає тонкість, яка стає важливою, щойно показання порівнюються у часі чи з розрахунковим значенням: опір мідного (чи алюмінієвого) провідника не є фіксованим числом — він залежить від температури самого провідника в момент вимірювання, і необроблене показання, зняте в теплий день, не можна напряму порівнювати з тим самим показанням, знятим у холодний день, без попередньої корекції цієї різниці.

Чому опір провідника залежить від температури

Питомий опір міді, як і більшості металів, приблизно лінійно зростає з температурою в звичайному діапазоні, що трапляється в монтажних роботах. Провідник, виміряний при вищій температурі, тому показує вищий опір, ніж той самий провідник, виміряний при нижчій температурі, просто через різницю температур, без будь-якої зміни стану самого провідника. Це важливо у двох пов'язаних, але різних ситуаціях:

• Відстеження вимірювання в часі — наприклад, порівняння показання R1+R2 чи мікроомметра цього року на конкретному з'єднанні з показанням минулого року, щоб виявити з'єднання, що розвиває високий опір, до того, як воно стане тепловою проблемою (див. гід про термографію та критерії дельта-Т). Якщо два показання були зняті при різних температурах провідника, зростаючий тренд може бути частково чи повністю пояснений різницею температур, а не фактичною деградацією з'єднання.
• Порівняння виміряного значення з розрахунковим чи табличним значенням — наприклад, перевірка виміряного опору провідника за еталонними значеннями питомого опору з IEC 60228, які самі вказані при визначеній опорній температурі (20 °C).

Формула 234,5

Щоб зробити показання, зняті при різних температурах провідника, порівнянними, виміряний опір перераховується в еквівалентне значення при спільній опорній температурі, умовно 20 °C, позначуваній R20. Для міді це перетворення використовує формулу:

R20 = Rвимір × (234,5 + 20) / (234,5 + t_вимір)

де Rвимір — опір, фактично виміряний при температурі провідника в момент вимірювання (t_вимір, у °C), а 234,5 — умовна константа (у °C), пов'язана з температурним коефіцієнтом опору міді в цьому лінійному наближенні. Ця константа являє собою (екстрапольовану, фізично не реальну) температуру, при якій опір міді досяг би нуля, якби лінійне наближення продовжувалося до цієї точки — це математична зручність, виведена з температурного коефіцієнта опору міді, а не фізична властивість, що спостерігається безпосередньо. Алюмінієві провідники використовують іншу константу в тій самій структурі формули (зазвичай вказується як приблизно 228, хоча точне значення дещо варіюється між довідковими джерелами) — константа залежить від матеріалу і не повинна переноситися між розрахунками для міді та алюмінію. Оскільки точна опорна константа може дещо відрізнятися між стандартами та довідковими таблицями, конкретну використовувану константу завжди слід звіряти з вихідним документом, якому слідує даний розрахунок, а не приймати на віру.

Що тут насправді означає «температура провідника»

Температура, яка входить у цю формулу, — це температура самого провідника в момент вимірювання, а не обов'язково температура навколишнього повітря, показана термометром поблизу. Для провідника, який нещодавно ніс робочий струм, або який вимірюється випробувальним струмом, достатньо великим, щоб викликати помітний саморозігрів під час самого випробування, провідник може бути вимірювано теплішим за навколишнє повітря, і використання показання навколишнього середовища замість фактичної температури провідника вносить похибку в корекцію. Для знеструмленого провідника, що перебував у спокої (без робочого струму) достатньо довго, щоб досягти теплової рівноваги з навколишнім середовищем, температура навколишнього середовища зазвичай є прийнятним наближенням температури провідника.

Практична значущість

При відстеженні тренду вимірювань опору на одному й тому самому з'єднанні чи провіднику протягом послідовних циклів інспекції — чи то значення безперервності R1+R2 з періодичної інспекції NEN 3140, чи показання перехідного опору мікроомметром при обслуговуванні розподільчих пристроїв — фіксація температури провідника в момент кожного вимірювання та корекція кожного показання до R20 перед порівнянням — це те, що робить тренд значущим. Порівняння необроблених, некорегованих показань, знятих у різні дні при різних температурах, ризикує або замаскувати реальне пошкодження, що розвивається (якщо пізніше показання випадково виявилося холоднішим), або дати хибну тривогу (якщо пізніше показання випадково виявилося теплішим), і жодне з цього не відображає фактичний стан з'єднання.

Типові помилки

1. Порівняння необроблених показань опору в різні сезони чи в різний час доби без температурної корекції — зростаючий тренд може бути частково чи повністю температурним артефактом, а не пошкодженням, що розвивається.
2. Використання температури навколишнього повітря, коли сам провідник тепліший, наприклад невдовзі після того, як провідник ніс робочий струм, чи під час випробування з саморозігрівальним випробувальним струмом — це занижує необхідну корекцію і робить результат R20 завищеним.
3. Повторне використання константи міді 234,5 для алюмінієвого провідника — опорна константа залежить від матеріалу; алюміній вимагає власної константи в тій самій формулі.
4. Сприйняття значення 234,5 як безпосередньо вимірюваної фізичної властивості міді — це математична зручність з лінійного наближення залежності опору від температури, а не температура, при якій мідь фактично досягає нульового опору.

Пов'язані матеріали

• Вимірювання безперервності захисного провідника R1+R2
• Вимірювання перехідного опору мікроомметром — з'єднання
• Класи провідників IEC 60228 (клас 1-6)
• Падіння напруги (NEN 1010 §525)