Konduktancja (G) to odwrotność rezystancji i miara tego, jak łatwo prąd przepływa przez element lub przewód. Jej jednostką w układzie SI jest simens (S), czyli odwrotność oma (Ω-1). Im większa konduktancja, tym mniejszy opór stawia obwód przy tym samym napięciu.
Zostań elektrykiem z uprawnieniami SEP
Kurs online G1 / G2 / G3 + egzamin państwowy - 100% zdawalności
z kodem ELEKTRYCZKA = 5% rabatu!
Czym dokładnie jest konduktancja?
Najprościej wyobraź ją sobie jako szerokość otwartego zaworu w rurze: rezystancja mówi, jak bardzo przepływ jest dławiony, a konduktancja pokazuje, jak łatwo prąd przejdzie przez ten sam odcinek. Jeżeli rezystancja przewodu wynosi 2 Ω, jego konduktancja ma wartość 0,5 S; gdy rezystancja spadnie do 0,1 Ω, konduktancja rośnie już do 10 S.
W obwodach prądu stałego zależność jest bezpośrednia: dla odbiornika o rezystancji 46 Ω podłączonego do 230 V konduktancja wynosi około 0,0217 S, a prąd ma wartość 5 A. Tę samą zależność odczytasz z prawa Ohma, tylko zapisaną od strony „łatwości przewodzenia”, a nie „stawiania oporu”.
G = 1/R = I/U = σ · A / l
- G – konduktancja [S]
- R – rezystancja [Ω]
- I – natężenie prądu [A]
- U – napięcie [V]
- σ – konduktywność, czyli przewodność właściwa materiału [S/m]
- A – pole przekroju przewodu [m2]
- l – długość przewodu [m]
Z tego wzoru wyciągniesz dwa wnioski: jeśli zwiększysz przekrój przewodu 2 razy, jego konduktancja też wzrośnie 2 razy; jeśli wydłużysz przewód 2 razy, konduktancja spadnie o połowę. Dlatego krótki przewód miedziany 10 mm2 przewodzi ten sam prąd znacznie łatwiej niż długi przewód stalowy o małym przekroju.
Od czego zależy konduktancja i jak zmienia się dla różnych materiałów?
Konduktancja nie jest stałą „na zawsze” przypisaną do przewodu. Zależy od materiału, długości, przekroju i temperatury. Dla metali wzrost temperatury zwykle podnosi rezystancję, więc obniża konduktancję; dlatego przewód miedziany nagrzany do wysokiej temperatury przewodzi gorzej niż ten sam przewód przy 20°C.
Weź trzy przewody o identycznych wymiarach: długość 1 m, przekrój 1 mm2, temperatura 20°C. Różnice między materiałami zobaczysz od razu.
| Materiał | Rezystywność ρ przy 20°C [Ω·m] | Rezystancja 1 m / 1 mm² [Ω] | Konduktancja G [S] |
|---|---|---|---|
| Miedź | 1,68 · 10-8 | 0,0168 | 59,5 |
| Aluminium | 2,82 · 10-8 | 0,0282 | 35,5 |
| Stal | 1,43 · 10-7 | 0,143 | 7,0 |
Tabela tłumaczy, dlaczego w instalacjach i kablach roboczych dominuje miedź albo aluminium, a nie stal. Przy tych samych wymiarach miedź ma konduktancję około 8,5 raza większą niż stal, więc daje mniejsze spadki napięcia i mniejsze straty mocy na grzanie przewodu.
Konduktancja a rezystancja, konduktywność i admitancja
Na egzaminie SEP łatwo pomylić trzy pojęcia: rezystancję, konduktancję i konduktywność. Rezystancja dotyczy konkretnego elementu i mówi, jaki opór stawia obwód. Konduktancja opisuje ten sam element, tylko od drugiej strony — jest odwrotnością rezystancji. Konduktywność opisuje już sam materiał, niezależnie od tego, czy zrobisz z niego drut długości 0,5 m czy 50 m.
W obwodach prądu przemiennego dochodzi jeszcze admitancja. To wielkość zespolona opisująca cały „przepływ” w obwodzie AC, a konduktancja jest jej częścią rzeczywistą. Gdy w obwodzie masz cewki albo kondensatory, sama wartość G nie opisze już wszystkiego — dochodzi składowa bierna.
Y = G + jB
- Y – admitancja [S]
- G – konduktancja, czyli część czynna [S]
- B – susceptancja, czyli część bierna [S]
- j – jednostka urojona używana w zapisie liczb zespolonych
To rozróżnienie wróci do ciebie przy analizie obwodów RLC, filtrów i kompensacji mocy biernej. Jeśli zapamiętasz, że R i G dotyczą składowej czynnej, a X, B i Y pojawiają się przy opisie obwodów AC, łatwiej odpowiesz na pytanie ustne bez mieszania pojęć.
Gdzie spotkasz konduktancję w instalacji 230/400 V?
W mieszkaniu i małym lokalu częściej liczysz rezystancję przewodów niż konduktancję, ale fizycznie mówisz o tym samym zjawisku. Gdy zwiększasz przekrój żyły z 1,5 mm2 do 2,5 mm2, podnosisz jej konduktancję, więc ograniczasz spadek napięcia i straty cieplne I2R. Ma to znaczenie zarówno w obwodach 230 V, jak i w liniach 400 V z większym obciążeniem prądowym.
Przy doborze przewodów odnosisz się do wymagań normy PN-HD 60364-5-52, która łączy przekrój żył z obciążalnością prądową i dopuszczalnym spadkiem napięcia. Podczas sprawdzeń odbiorczych według PN-HD 60364-6 oceniasz ciągłość przewodów ochronnych i stan instalacji. Niska rezystancja połączeń oznacza tam po prostu wysoką konduktancję toru prądowego.
Jeśli przygotowujesz się do egzaminu SEP grupy 1, zapamiętaj jedno skojarzenie: duża konduktancja przewodu jest korzystna, bo przewód łatwiej przenosi prąd i mniej się grzeje przy tych samych warunkach pracy. Jeżeli egzaminator zapyta o konduktancję, najkrótsza dobra odpowiedź brzmi: „to odwrotność rezystancji, oznaczana literą G, wyrażana w simensach i zależna od materiału, długości, przekroju oraz temperatury”.
Najczęściej zadawane pytania
Konduktancja to miara łatwości przepływu prądu przez element elektryczny. Jest odwrotnością rezystancji, oznacza się ją literą G i wyraża w simensach. Im większa konduktancja, tym mniejszy opór stawia dany przewód albo odbiornik.
Podstawowy wzór to G = 1/R, czyli odwrotność rezystancji. W obwodzie prądu stałego możesz też zapisać konduktancję jako G = I/U. Dla jednorodnego przewodu stosuje się również zależność G = σ · A / l.
Jednostką konduktancji w układzie SI jest simens, oznaczany literą S. Jeden simens jest równy odwrotności jednego oma, czyli Ω⁻¹. Jeżeli rezystancja elementu wynosi 1 Ω, jego konduktancja ma wartość 1 S.
Nie ma jednej stałej wartości dla każdego stalowego elementu, bo konduktancja zależy od długości, przekroju, temperatury i składu stopu. Dla odcinka stali o długości 1 m i przekroju 1 mm² w 20°C otrzymasz orientacyjnie około 7,0 S. To znacznie mniej niż dla miedzi o tych samych wymiarach, która ma około 59,5 S.
