Таблица нагрузок сип: Сколько киловатт выдержит СИП?

Сколько киловатт выдержит СИП?

   Просматривая простоты интернета на предмет электромонтажа, обнаружил на одном форуме тему с обсуждением «выдержит ли сип 4х16 15квт». Вопрос возникает потому что на подключение частного дома выделяют 15 кВт 380 вольт. Ну и народ интересуется не маловато ли заложить 16 квадрат на ответвление от воздушной линии? Заглянул я счанала в ПУЭ, но почему то на тему мощности СИПа ничего там не нашел.

  Вот есть только табличка 1.3.29 «Допустимый длительный ток для неизолированных проводов по ГОСТ 839-80». И по ней видно что максимальный допустимый ток для сечения 16кв. мм. провода типа АС, АСКС, АСК вне помещения составляет 111 ампер. Ну хоть что то для начала. 

Сколько киловатт выдержит СИП 4х16?

  Но зато есть ГОСТ  31943-2012 «Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи». В конце госта, в пункте 10 указания по эксплуатации, есть табличка 

Сколько киловатт выдерживает СИП — таблица:

Методика расчета (update от 19.02.2018)

  Берем табличку 10 и по ней находим что одна жила сипа 16 кв.мм. выдерживает — 100 ампер. Далее берем следующие формулы расчета:

   для однофазной нагрузки 220В P=U*I

   для трехфазной нагрузки 380В P=(I1+I2+I3)\3*cos φ*1,732*0,38

  update от 19.02.2018 Что касается расчета мощности для трехфазной нагрузки, необходимо понимать что многое зависит от типа потребителей (точнее какую нагрузку они предоставляют активную или реактивную, от этого зависит какой cos φ нужно подставлять в формулу, в данном случае для расчетов он равен 0.95)

  Дорогие посетители сайта и я возможно бы не заметил ваши колкие, но технически верные комментарии к статье если бы мне, как раз сегодня мне позвонил человек с вопросом : «какой сип мне нужен под 120 кВт?». По табличке ему отлично подойдет СИП сечением 50мм кв. Даже если опустить тот факт что длина линии влияет на падение напряжения (у него 150 метров), не стоит забывать что нагрузка по фазам может разниться, что видно из формулы — там берется средняя велечина по трем фазам. Тут просто надо понимать что ток по фазе может превысить  предельно допустимые значения для данного сечения провода.

  Поэтому если значение необходимой вам нагрузки лежит ближе 10% к табличному, следует выбирать более крупное сечения сипа по списку. Поясню на примере 120 квт. По таблице для этой трехфазной нагрузки подходит СИП сечением токопроводящих жил 50мм, однако это меньше 10%. То есть 121кВт*0.9=109 кВт. Соотвественно нужно выбирать СИП 3х70+1х54.6.

В начале темы поднимался вопрос «выдержит ли сип 4х16 15квт»? Поэтому для частного дома мы умножаем 220Вх100А=22кВт по фазе. Но не забываем что фазы то у нас три. А это уже 66 киловатт суммарно для жилого дома. Что представляет собой 4х кратный запас относительно выдаваемых техусловий.

Расчет проводки по нагрузке калькулятор. Виды кабелей сип, сечение и конструктивные особенности

Просматривая простоты интернета на предмет электромонтажа, обнаружил на одном форуме тему с обсуждением «выдержит ли сип 4х16 15квт». Вопрос возникает потому что на подключение частного дома выделяют 15 кВт 380 вольт. Ну и народ интересуется не маловато ли заложить 16 квадрат на ответвление от воздушной линии? Заглянул я счанала в ПУЭ, но почему то на тему мощности СИПа ничего там не нашел. Вот есть только табличка 1.3.29 «Допустимый длительный ток для неизолированных проводов по ГОСТ 839-80». И по ней видно что максимальный допустимый ток для сечения 16кв. мм. провода типа АС, АСКС, АСК вне помещения составляет 111 ампер. Ну хоть что то для начала.

Сколько киловатт выдержит СИП 4х16?

Но зато есть ГОСТ 31943-2012 «Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи». В конце госта, в пункте 10 указания по эксплуатации, есть табличка

Сколько киловатт выдерживает СИП — таблица:

Методика расчета

Берем табличку 10 и по ней находим что одна жила сипа 16 кв.мм. выдерживает — 100 ампер. И далее самое главное, на сколько надо умножать эти 100А — на 220 или 380? Тут надо посмотреть с точки зрения потребителей которые будут подключены к сипу. Если это обычный жилой дом, то трехфазных приборов не так уж много (ну единственное это индукционная плита или электродуховка приходит на ум, хотя они по сути своей 220В), если это какая то ремонтная мастреская, то трехфазного оборудования уже побольше (подъемники, сварка, компрессора).

В начале темы поднимался вопрос «выдержит ли сип 4х16 15квт»? Поэтому для частного дома мы умножаем 220Вх100А=22кВт по фазе. Но не забываем что фазы то у нас три. А это уже 66 киловатт
суммарно для жилого дома. Что представляет собой 4х кратный запас
относительно выдаваемых техусловий.

Основным предназначением кабелей СИП является передача электроэнергии по воздушным линиям. Кабель активно используется при отводе электроэнергии от основных магистралей к жилым и хозяйственным сооружениям, при строительстве осветительных сетей на улицах населенных пунктов.

Самонесущий изолированный провод (СИП)

Конструкция СИП

Фазные алюминиевые провода покрыты светостабилизирующим изоляционным покрытием черного цвета. Полиэтиленовое покрытие обладает высокой устойчивостью к влаге и ультрафиолетовым солнечным лучам, которые разрушают резиновую или обычную полимерную изоляцию.

Провода скручиваются в жгут вокруг нулевой алюминиевой жилы, в центре которой стальной провод. Сердечник нулевой жилы является несущей основой всего кабеля. Некоторые конструкции кабелей СИП с малым сечением и небольшим количеством жил имеют легкий вес, т. к. в этих видах отсутствует стальная жила. СИП расшифровывается как самонесущий изолированный провод.

Виды и строение

Производится пять основных типов СИП проводов:

1. СИП-1 включает в себя три фазы, каждая из которых скручена в жгут из нескольких алюминиевых проводов вокруг сердечника из алюминиевого сплава. Провода четвертой нулевой жилы скручиваются вокруг стального сердечника. Фазы изолированы термопластиком, устойчивым к ультрафиолетовым лучам. На марке кабеля СИП-1А нулевой провод, как и фазные жилы, в изолированной оболочке. Такие кабели выдерживают продолжительное время нагрева при 70°С.

Конструкция кабеля СИП-1, СИП-1А

1. СИП-2 и СИП-2А имеют аналогичную СИП-1 и 1А конструкцию, разница лишь в изоляционной оболочке. Изоляцией служит «сшитый полиэтилен» – соединение полиэтилена на молекулярном уровне в сетку с широкими ячейками с трехмерными поперечными связями. Такая структура изоляции намного прочнее к механическим воздействиям и выдерживает более низкие и высокие температуры при длительном воздействии (до 90°С). Это позволяет использовать такую марку СИП кабеля в холодных климатических условиях при больших нагрузках. Максимальное напряжение передаваемой электроэнергии до 1Кв.

1. СИП-3 – одножильный кабель со стальным сердечником, вокруг которого свиты провода из алюминиевого сплава AlMgSi. Изоляционная оболочка из «сшитого полиэтилена» позволяет использовать СИП-3 для строительства воздушных линий передачи электроэнергии с напряжением до 20 кВ. Рабочая температура кабеля 70°С, его можно эксплуатировать длительное время при температурах в диапазоне от минус 20°С до + 90°С. Такие характеристики позволяют использовать СИП-3 в различных климатических условиях: при умеренном климате, холодном или в тропиках.

Внутреннее устройство кабеля СИП-3

1. СИП-4 и СИП-4Н не имеют нулевого провода со стальным стержнем, они состоят из парных жил. Буква Н указывает, что провода в жиле из алюминиевого сплава. ПВХ изоляция устойчива к ультрафиолетовому облучению.

Конструкция самонесущего изолированного провода СИП-4

1. СИП-5 и СИП-5Н – две жилы имеют аналогичную структуру с СИП-4 и СИП-4Н, отличие в изоляционной оболочке. Технология сшитого полиэтилена позволяет увеличить время эксплуатации при максимально допустимой температуре на 30 процентов. ЛЭП с использованием СИП-5 применяют в холодном и умеренном климате, передавая электроэнергию с напряжением до 2,5 кВ.

Внутреннее устройство самонесущего изолированного провода СИП-5

В зависимости от условий эксплуатации и нагрузки потребляемой электроэнергии выбирают марку и сечение СИП кабеля.

Выбор сечения СИП

Выбор и расчет сечения проводов СИП для подключения различных объектов потребления производится по классической методике. Складываются максимальные потребляемые мощности электроустановок, расчет токовой нагрузки осуществляется по формуле:

I = P\U√³, где

— P – суммарная потребляемая мощность;

— I – максимальный потребляемый ток;

— U – напряжение в сети.

Руководствуясь значением максимального тока, по заранее просчитанным таблицам следует выбрать необходимое сечение СИП проводов.

Параметры наиболее используемых кабелей СИП для подключения зданий от основных магистралей линий электропередач (СИП-1, СИП-1А, СИП-2, СИП-2А)

При выборе сечения и марки СИП проводов важно учитывать не только максимальную токовую нагрузку, но и температуру, время, в течение которого можно эксплуатировать кабель в экстремальных условиях. Обычно допустимая продолжительность составляет от 4000 до 5000 часов.

Максимальная температура для проводов

Выбирая марку СИП кабеля и его сечение по нагреву, обязательно нужно учитывать тип изоляции: сшитый полиэтилен или термопластик. С учетом потерь напряжения, термической стойкости при коротком замыкании, механической прочности, при недостаточной величине одного из параметров выбирается кабель с большим сечением.

При эксплуатации СИП кабеля перегрузки допустимы до 8 часов в сутки, 100 часов в год и не более 1000 часов за весь период работы. Чаще всего для подключения жилых домов или хозяйственных объектов применяют СИП-2А, это объясняется некоторыми недостатками остальных моделей кабеля:

• на СИП-1 и СИП-2 нулевая жила не изолирована, при обрыве на ней может быть наведенный, опасный для человека потенциал;
• СИП-1(А), СИП-4 имеет непрочную изоляцию;
• СИП-3 используется только при напряжениях выше 1000В, это одиночный провод;
• СИП-4 или СИП-5 не имеют центральной несущей жилы, поэтому могут применяться только на коротких расстояниях, на больших интервалах кабель растягивается и провисает.

Из вышеприведенной таблицы видно, что кабель СИП-2А может быть с одинаковым или разным сечением жил. Обычно при сечении фазных жил 70 кв./мм, нулевая жила для прочности делается 95мм/кв. При большем сечении фаз несущую фазу не увеличивают, механической прочности вполне хватает. При равномерном распределении электроэнергии по фазам, нулевая жила электрической и тепловой нагрузки практически не испытывает. Для осветительных сетей обычно используют кабели с сечением жил 16 или 25 кв./мм.

Пример расчета

Пример расчета сечения СИП кабеля для подключения объекта с суммарной мощностью электроприборов 72 Вт, на расстоянии от основной магистрали электроэнергии 340 м. Опоры для подвески СИП кабеля надо разместить с промежутками не более 50 м, это существенно снизит механическую нагрузку на провода. Следует рассчитать максимальный ток для трехфазной цепи при включении всех электроприборов. При условии, что нагрузка будет распределяться равномерно между фазами, на одну фазу придется:

72 кВт / 3 = 24 кВт.

Максимальный ток на одной фазе с учетом индуктивной и емкостной нагрузки электроприборов (коэффициент cos fi = 0.95) составит:

24 кВт / (230V* 0,95) = 110A.

По таблице выбирается СИП кабель с сечением 25 А, однако, учитывая длину кабеля 340 м, надо принимать во внимание потери напряжения, которые должны составлять не более 5%. Для удобства подсчета, длину кабеля округляют до 350 м:

• в СИП удельное сопротивление алюминия 0,0000000287 ом/м;
• сопротивление провода будет Rпр. = (0,0000000287 / 0,000025) Ом/м * 350 м = 0,4 Ом;
• сопротивление нагрузки для 24 кВт. Rн = U 2 * cos fi: P = 230 2 * 0,95 / 24кВт = 2,094 Ом;
• полное сопротивление – Rполн. = 0,40 Ом. + 2,094 Ом. = 2,5 Ом.

Исходя из расчетных данных, максимальный ток в фазной жиле будет:

I = U / R = 230V: 2,5 Om = 92 А

Падение напряжения равно I max * Rпр. = 93А * 0,4 Ом = 37V.

37 Вольт составляет 16 процентов от сетевого напряжения U = 230В, это больше, чем допустимые 5%. По расчетам, подходит СИП с сечением 95 кв./мм. Потери при таком проводе 11 В, это составляет 4,7%. При расчете однофазной линии общую мощность не делят на 3, длину кабеля умножают на 2.

Монтаж. Видео

Советы по монтажу провода СИП к дому представлены в этом видео.

Можно сделать вывод, что СИП кабели имеют целый ряд преимуществ по отношению к старым моделям алюминиевого кабеля, не имеющего изоляции. Кабель надежно защищен от короткого замыкания при прокладке в ветвях деревьев и других сложных условиях эксплуатации. Его можно прокладывать на стенах зданий, сооружений, вдоль ограждений, при этом не требуется высокая квалификация работников. Отсутствие специальных опор и изоляторов снижает время и затраты на монтаж. Благодаря изоляции и другим конструктивным особенностям сфера применения СИП кабелей существенно расширилась.

Сегодня для прокладки воздушных электрических линий вместо нескольких разделённых друг от друга голых алюминиевых проводов, прикрученных к изоляторам, используют провод СИП
(Самонесущий Изолированный Провод
). СИП представляет собой один или жгут из нескольких изолированных проводов, который крепится к опорам специальными креплениями за одну или за все жилы одновременно (в зависимости от его разновидности).

Разновидности СИП

СИП имеет несколько разновидностей:

• СИП-1 — несущая нулевая жила без изоляции, фазные жилы заизолированы. Изоляция — термопластичный светостабилизированный полиэтилен. Крепится за нулевую жилу. Рабочее напряжение: до 0,66/1 кВ с частотой 50 Гц.
• СИП-1А — то же, что и СИП-1, но все жилы заизолированы
• СИП-2 — несущая нулевая жила без изоляции, фазные жилы заизолированы. Изоляция — сшитый светостабилизированный полиэтилен (полиэтилен с поперечными молекулярными связями). Крепится за нулевую жилу. Рабочее напряжение: до 0,66/1 кВ с частотой 50 Гц.
• СИП-2А — то же, что и СИП-2, но все жилы заизолированы.
• СИП-3 — одножильный провод. Жила выполнена из уплотнённого сплава или уплотнённой сталеалюминевой конструкции проволок. Изоляция — сшитый светостабилизированный полиэтилен. Рабочее напряжение: до 35 кВ.
• СИП-4 — все жилы заизолированы. Изоляция — термопластичный светостабилизированный полиэтилен. Не имеет несущей жилы. Крепится за все жилы одновременно. Рабочее напряжение: до 0,66/1 кВ с частотой 50 Гц.
• СИП-5 — то же, что и СИП-4, но изоляция — сшитый светостабилизированный полиэтилен.

Выбор разновидности СИП для СНТ

Для прокладки воздушных линий в СНТ наиболее приемлемым является провод СИП-2А.

Недостатки других типов СИП:

• У СИП-1 и СИП-2 на неизолированной нулевой жиле при её обрыве возможно присутствие опасного для людей потенциала.
• У СИП-1, СИП-1А и СИП-4 менее прочная изоляция.
• СИП-3 предназначен для напряжений свыше 1000 вольт. Кроме того, это одиночный провод, его не сворачивают в жгут.
• СИП-4 и СИП-5 могут применяться только для отводов к домам. Из-за отсутствия упрочнённой несущей жилы могут растягиваться со временем.

СИП-2А может иметь в своём жгуте жилы как одного, так и разных сечений. Как правило, при сечениях фазных жил до 70 кв.мм. несущая нулевая жила для прочности делается большего сечения, чем фазные, а свыше 95 кв.мм. — меньшего, потому что прочности уже хватает, а электрически (при равномерном распределении нагрузки между фазами
) нулевая жила нагрузки практически не несёт. Также распространены жгуты с жилами одинакового сечения. Жилы освещения, если таковые присутствуют в жгуте, делают сечением 16 или 25 кв.мм.

Расчёт сечения фазных жил СИП

При расчёте сечения фазных проводов следует учитывать не только максимальный ток, который они могут держать, а ещё и падение напряжения на конце линии, которое не должно превышать 5% при максимальной нагрузке. При расстояниях свыше 100 метров падение напряжения в линии уже становится узким местом. Провод ещё держит нагрузку, но до конца провода доходит слишком низкое напряжение.

Рассмотрим ситуацию на примере моего СНТ. Длина магистральной линии 340 метров. Максимальная мощность энергопринимающих устройств — 72 кВт. Требуется подобрать соответствующий СИП. Для этого вычислим максимальный ток, который может протекать в проводах:

Вычислим максимальную мощность, приходящуюся на 1 фазу.
72 кВт / 3 фазы = 24 кВт = 24000 Вт.

Вычислим максимальный ток одной фазы. На выходе из трансформатора по стандарту 230 В. При подсчёте учитываем также емкостную и индуктивную нагрузку от бытовых приборов, используя косинус фи = 0,95.
24000 Вт / (230 В * 0,95) = 110 А

Итак, провод должен держать 110 А. Смотрим технические характеристики СИП для разных сечений, и видим, что 110 А вполне выдержит СИП с сечением фазных жил 25 кв.мм.

Казалось бы, что ещё нужно? Но не всё так просто. У нас линия длиной 340 метров, а любой провод имеет своё собственное сопротивление, которое снижает напряжение на его конце. Согласно допускам, падение напряжения на максимальной нагрузке в конце линии не должно превышать 5%. Посчитаем падение напряжения для нашего случая с жилами 25 кв.мм.

Рассчитаем сопротивление 350 м провода сечением 25 кв.мм.:

Удельное сопротивление алюминия в СИП — 0,0000000287 ом·м.
Сечение провода — 0,000025 кв.м.
Удельное сопротивление провода 25 кв.мм = 0,0000000287 / 0,000025 = 0,001148 ом·м
Сопротивление 350 метров провода сечением 25 кв.мм. = 0,001148 * 350 = 0,4018 ом

Рассчитаем сопротивление нагрузки 24 000 Вт:

Выведем удобную для расчёта формулу.

и подставив в последнюю формулу значения, рассчитаем сопротивление нагрузки:
230 В * 230 В * 0,95 / 24000 Вт = 2,094 ом

Рассчитаем полное сопротивление всей цепи, сложив оба полученных выше сопротивления:

0,4018 ом + 2,094 ом = 2,4958 ом

Рассчитаем максимальный ток в проводе, который может возникнуть, исходя из полного сопротивления цепи:

230 В / 2,4958 ом = 92,1564 А

Рассчитаем падение напряжения в проводе, перемножив максимально возможный ток и сопротивление провода:

92,1564 А * 0,4018 ом = 37 В

Падение напряжения в проводе в 37 вольт — это 16% от исходного напряжения 230 вольт, что намного больше допустимых 5%. Вместо 230 вольт на конце линии при полной нагрузке окажется всего 230 — 37 = 193 вольта вместо допустимых 230 — 5% = 218,5. Поэтому сечение жил надо увеличивать.

Для рассматриваемого нами случая подойдёт сечение фазных жил 95 кв.мм. Это существенно больше, чем необходимо по току, но при максимальной нагрузке на конце линии такое сечение даст падение напряжения 10,8 В, что соответствует 4,7% от исходного напряжения, что вписывается в допуск.

Таким образом, нам для линии 350 метров и нагрузки по 24 кВт на фазу, необходим СИП-2А сечением фазных жил 95 кв.мм.

Замечу, что при неравномерной нагрузке на фазы усиливается ток по нулевому проводнику, а значит, его сопротивление тоже начинает играть роль, и его следует включить в расчёт (например, увеличить расчётную длину провода, скажем, в полтора раза). При очень неравномерной нагрузке (например, зимой, когда в СНТ живёт 1-2 человека, отапливающихся электрообогревателями, которые сидят на 1, или пусть даже на 2 фазах) может возникнуть перекос фаз на самом трансформаторе. В этом случае напряжение на нагруженных фазах падает ещё больше, а на не нагруженной — возрастает. Поэтому в идеале таким потребителям следует ставить трёхфазный ввод, и включать разные обогреватели в разные фазы.

P.S.:
Расчёт однофазной линии производится аналогично трёхфазной, только мощность потребителей не делится на 3 фазы и указывается двойная длина линии, поскольку в однофазной линии нулевая жила нагружена одинаково с фазной.

Кабель СИП-1, СИП -2,3, 4: технические характеристики провода СИП

СИП (в расшифровке самонесущий изолированный провод) — это многожильный провод для магистральных воздушных линий электропередачи и линейных ответвлений от них.

Обычно включает в себя 4 скрученных при изготовлении провода, где один является несущим, а остальные предназначены для каждой из 3 фаз.

Также несущая жила может отсутствовать вообще, а количество проводящих – варьироваться от 1 до 4. Пороговые значения всех характеристик самонесущих проводов нормируются ГОСТ Р 52373 – 2005, а конкретные величины у разных производителей могут несколько различаться.

Достоинства кабеля

В сравнении с неизолированными проводами СИП имеет целый ряд преимуществ, он устойчив к различным погодным факторам, имеет минимальную вероятность коротких замыканий при соприкосновении проводов друг с другом или другими объектами, безопасен для людей.

В процессе производства провода проходят целый ряд испытаний, имитирующих всевозможные ситуации, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации, что обеспечивает их надежную работу на протяжении всего срока службы.

Типоразмеры

Площадь основных жил и допустимые нагрузки по току для них:

• 16 мм² — 100 А;
• 25 мм² — 130 А;
• 35 мм² — 160 А;
• 50 мм² — 195 А;
• 70 мм² — 240 А;
• 95 мм² — 300 А;
• 120 мм² — 340 А;
• 150 мм² — 380 А;
• 185 мм² — 436 А;
• 240 мм² — 515 А;

Токовые нагрузки указываются для температуры воздуха в 25 °С, ветра со скоростью 0,6 м/с и ультрафиолетового излучения 1000 Вт/м², для иных условий применяются поправочные коэффициенты.

Сечение несущей жилы имеет площадь (в мм²):

Читайте также: «Применение и монтаж СИП«

Строение провода

Жилы имеют круглую форму, в готовом проводе скручиваются между собой с шагом от 80 до 150 см в зависимости от их сечения. Токопроводящие жилы выполняются как из алюминия, так и из его сплавов (в случае СИП-3), несущие – исключительно из сплавов алюминия. Для сечений до 95 мм² жила состоит из 7 проволок, для остальных – из 19. Провод с сечением в 95 мм² может выполняться в обоих вариантах.

Несущая жила имеет прочность в среднем в 2-2,5 раза больше, чем токопроводящая такого же сечения. Для алюминиевой проволоки устанавливается прочность на растяжение не менее 120 Н/мм², для проволоки из сплавов алюминия этот показатель существенно выше – не менее 295 Н/мм².

Изоляция проводов позволяет им быть устойчивыми к воздействию ультрафиолета, как весьма низких, так и высоких температур, а также атмосферных осадков, включая защиту от налипания снега и обледенения. Материал изоляции — сшитый светостабилизированный полиэтилен черного цвета.

Читайте также: «Где купить СИП?»

Условия эксплуатации

Изолированный провод может работать при температуре в окружающей среде в диапазоне от — 60 °С до + 50 °С, но монтаж можно производить при морозах только до -20°С. В процессе эксплуатации допускается нагрев жил провода до 70-90°С. Кратковременно температура может подниматься даже до 130°С. В случае короткого замыкания провод нагревается до 250°С.

Изгибать провод при монтаже можно с радиусом не менее 10 диаметров этого провода.

Виды СИП-кабеля

Провода подразделяются на 4 основные типа.

• СИП-1 и СИП-2 применимы как для магистральных воздушных ЛЭП, так и их ответвлений, рассчитаны на напряжение 0,6-1 кВ. Несущая жила в СИП-1 неизолированная, в отличие от СИП-2.

• В СИП-3 жилы выполнены из алюминиевого сплава с изоляцией из экструдированных полимеров. Такие провода используются для воздушных линий электропередач, где номинальное напряжение имеет показатели в 10, 20 либо 35 кВ.

• В СИП-4 несущая жила отсутствует, поэтому такой тип применяется исключительно для линейных ответвлений воздушных магистралей и прокладывается по поверхности стен зданий и сооружений.

Для регионов с повышенной влажностью выпускаются специальные герметизированные провода, имеющие, соответственно, в маркировке букву «г». Для них ГОСТ устанавливает требования по устойчивости к продольному распространению воды. Этот показатель не должен превышать 3 м вдоль провода от места ее проникновения.

Большинство производителей устанавливает на самонесущие провода гарантию в 3-4 года, при этом срок их службы должен быть не менее 40 лет.

Расшифровка, Характеристики и все Сечения

Длительные допустимые токи проводов, кабелей, СИП

Уважаемые посетители!

Наш сайт переехал на http://www.kuzovlevs.kz и по этому адресу больше обновляться не будет.

Таблица 4.1

Длительный допустимый ток для проводов и шнуров с резиновой
и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами

Смотреть таблицу

Вернуться к статье

Таблица 4.2

Длительный допустимый ток для проводов и шнуров с резиновой
и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами

Смотреть таблицу

Вернуться к статье

Таблица 4.3

Длительный допустимый ток для проводов с медными жилами с резиновой изоляцией в металлических защитных оболочках и кабелей с медными жилами с резиновой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной, найритовой или резиновой оболочке, бронированных и небронированных

Смотреть таблицу

Вернуться к статье

Таблица 4.4

Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных

Смотреть таблицу

Вернуться к статье

Таблица 4.5

Длительный допустимый ток для СИП 4, СИП 5 (самонесущий изолированный провод без отдельного несущего проводника)

Длительный допустимый ток указан для температуры окружающей среды 30C. При расчетных температурах окружающей среды, отличающихся от 30C, необходимо применять поправочные коэффициенты, указанные в таблице 4.7

Смотреть таблицу

      Источники:

1. Правила устройства электроустановок республики Казахстан. — Астана, 2003.

2. Пособие по проектированию воздушных линий электропередачи напряжением 0.38кВ с изолированными проводами (ВЛИ) с использованием арматуры
ENSTO. — Алматы, 2011.

Вернуться к статье

Какое сечение провода нужно для 15 квт

Какой провод СИП выбрать для подключения дачного дома и участка

СИП кабель — надежный и универсальный проводник электрического тока, который нашел широкую область своего непосредственного использования. Его универсальность заключается в том, что он может крайне эффективно применяться в самых различных ситуациях. Также он характеризуется удобством своей прокладки и широким модельным рядом. Но по причине их огромного разнообразия множество людей не знают, какой провод СИП выбрать для дачи. В статье рассматривается решение этого вопроса.

Назначение СИП кабеля

Данная разновидность кабельной линии может использоваться в сетях самого различного напряжения, которое может варьироваться в пределах от 220 В и до 20 кВ. Ключевая особенность СИП заключается в простоте его прокладки. Он не нуждается в армировании, хорошо держит форму и даже под собственным весом не провисает. Поэтому при проведении воздушных линий на даче лучше использовать именно СИП кабель. Также такой вариант проводника характеризуется отменной изоляцией, что исключает возможность образования короткого замыкания.

Разновидности СИП кабеля и область использования

Сегодня на местном электротехническом рынке покупатель может найти следующие виды СИП кабеля:

• СИП1. Основан на использовании нескольких жил, нулевой кабель является не изолированным;
• СИП2. Имеется две жилы, нулевой кабель изолирован, используется для прокладки воздушных линий. Могут использоваться в качестве магистральных линий энергоснабжения между населенными пунктами. Может применяться практически в любых климатических особенностях. Под воздействием низких температур изоляционный слой не деформируется. Выдерживает температуры до +900 градусов;
• СИП3. Изоляция данной разновидности кабеля основана на использования полиэтилена. Также может использоваться в холодных и жарких условиях;
• СИП4. Данная модификация кабеля не обладает несущей жилой. Конструкционная особенность заключается в использовании двух или четырех жил. Применяется непосредственно для осуществления проводки в доме или же подвода электроэнергии к самому строению;
• СИП5. Обладают повышенной степенью защищенности, имеется двойная изоляция. Часто используется для прокладки линий электропередач между городами.

Как можно заметить, каждая разновидность кабеля обладает своими техническими и эксплуатационными характеристиками. В зависимости от особенностей использования, а также метода прокладки кабельной линии, вы сможете подобрать для себя наиболее оптимальный вариант этого практичного и надежного проводника электрического тока. Надеемся, что вы теперь знаете, какой провод СИП выбрать для дачи.

Материал подготовлен при поддержке нашего партнёра ТД» БалтикКабель»

Расчет автоматического выключателя

Выбирать автоматы можно с расчетом по току нагрузки или сечению электропроводки.

Расчет автомата по току

Подсчитываем всю мощность нагрузок на автомат. Плюсуем мощности всех потребителей электричества, и по следующей формуле:

получаем расчетный ток автомата.

P- суммарная мощность всех потребителей электричества

U – напряжение сети

Округляем расчетную величину полученного тока в большую сторону.

Расчет автомата по сечению электропроводки

Чтобы выбрать автомат можно воспользоваться таблицей 1. Выбранный по сечению электропроводки ток, уменьшают до нижней величины тока автомата, для снижения нагрузки электропроводки.

Выбор номинального тока по сечению кабеля. Таблица №1

Для розеток автоматы берут на ток 16 ампер, так как розетки рассчитаны на ток 16 ампер, для освещения оптимальный вариант автомата 10 ампер. Если вы не знаете сечение электропроводки, тогда его нетрудно рассчитать по формуле:

S – сечение провода в мм²

D – диаметр провода без изоляции в мм

Второй метод расчета автоматического выключателя является более предпочтительным, так как он защищает схему электропроводки в помещении.

На приведенном упрощенном графике, по горизонтальной шкале указаны номиналы тока автоматов, по вертикальной шкале, значение активной мощности при однофазном питании 220 Вольтрассчет для напряжение 380 Вольт и/или трехфазного питания будет значительно отличаться и приведенный график для других, кроме 220 Вольт и однофазное электропитание, мощностей недействителен. . Для выбора подходящего для выбранной рассчетной мощности автомата, достаточно провести горизонталь от выбранной слева мощности до пересечения с зеленым столбиком, посмотрев в основание которого можно выбрать номинал автомата для указанной мощности. Нужную время токовую характеристику и количество полюсов можно выбрать, перейдя по картинке на таблицу выбора автоматов кривой C, как наиболее универсальной и часто применяемой характеристики.

какое нужно сечение провода для 3 квт

Какое сечение провода нужно для 3 квт

В разделе Прочие услуги на вопрос Как определить, каким должно быть сечение провода для водонагревателя мощностью 3,5 КВт? заданный автором Kochegar2 лучший ответ это Кабель обычно состоит из 2-4 жил. Сечение (точнее, площадь поперечного сечения) жилы определяется ее диаметром. Исходя из практических соображений, при малых значениях силы тока сечение медной жилы берут не менее 1 мм2, а алюминиевой – 2 ммІ. При достаточно больших токах сечение провода выбирают по подключаемой мощности.

Проще говоря, если у вас стоит проточный водонагреватель на 3.5 кВт, то подключать его надо проводом, рассчитанным не менее чем на 15,9 А, и для медного провода сечение должно быть не менее 2,5 ммІ.

У алюминиевого провода сечение должно быть на ступень выше, так как их проводимость составляет примерно 62% от проводимости медных. Например, если по расчетам для меди нужна величина сечения 2,5 м⊃м; 2, то для алюминия следует брать 4 ммІ, если же для меди нужно 4 ммІ, то для алюминия – 6 ммІ и т. д.

А вообще лучше выбирать большее сечение, чем по расчетам, – вдруг потребуется подключить еще что-нибудь? Кроме того, необходимо проверить, согласуется ли сечение проводов с максимальной фактической нагрузкой, а также с током защитных предохранителей или автоматического выключателя, которые обычно находятся рядом со счетчиком.

Зайди сюда

Ответ от 22 ответа
Привет! Вот подборка тем с ответами на Ваш вопрос: Как определить, каким должно быть сечение провода для водонагревателя мощностью 3,5 КВт?
Каким номиналом поставить 4-полюсный автомат на розетку 380В?
подскажите для сварочного инвертора мощностью 5.5 квт Какой удлинитель на катушке выбрать, с каким сечением? метки: Техника
Какое сечение кабеля нужно для эвн мощностью 6 квт. на 380 В. медный кабель.
Знаем СЕЧЕНИЕ провода и ВОЛЬТ, как рассчитать сколько ВАТТ выдержит провод? к примеру сечение 0,75, 12 вольт метки: Бывалый Дедовск

Ответ от Кошак

бери 6*3 не прогадаеш

Ответ от Ѐуслан Глобаж

бери с запасом больше 20а

Ответ от Ололоша

ну считай студент мощность делим на напряжение получаем силу тока 15,9 ампер при напряжении 220 вольт ну а дальше 4мм*2 я думаю хватит так как вдруг будут кратковременные помехи

Ответ от Bosston

для 4 квт берем сечение медной жилы 4 кв.мм, номинальный ток аппарата защиты — 31,5 Ампер.

А определять можно и по таблице номинальных токов защиты и сечения питающих проводов

Ответ от Alrisha

определить очень просто:) — 3*2,5

Кста, не забудь что водонагреватель включать нужно в розетку с заземлением, т.е. в розетку от стиралки (если есть:)), если нет, то покупай автомат на 16 ампер (как он выглядит смотри рядом с счетчиком) и влагозащитную розетку с заземлением и вызывай электрика — он все подключит.

Ответ от 2 ответа
Привет! Вот еще темы с нужными ответами:
в ванной бойлер и стиральная машина, провод медный 2,5 мм, на щитке стоит автомат 16А. стоит ли менять на 25А метки: Техника Районы Вана
выдержит ли ВВГ 4х16 нагрузку в 50 Квт? либо нужно подобрать кабель ВВГ 4х25??? метки: Техника Производство кабеля
Кто может подсказать из знающих электриков, как в хрущевках осуществляется подвод кабеля на счетчик?! метки: Техника Хрущевки
Какие сила тока и напряжения в обычных Российских розетках? метки: Техника

https://youtube.com/watch?v=0o9x-5mPCuY

Как выбрать провод СИП. Правильный выбор самонесущего изолированного провода

Самонесущие провода – оптимальное решение для сетей как с высоким, так и с низким напряжением.

Популярность этого вида кабеля связана с простотой их монтажа, удобством и безопасностью эксплуатации и минимальным количеством перебоев в подаче электричества из-за аварийных ситуаций.

Перед тем, как выбрать кабель марки СИП, следует определиться, для каких целей он необходим и в каких условиях будет эксплуатироваться.

Какие виды проводов существуют

Сип -1 и Сип -2 используются в основном для магистральных ЛЭП либо их ответвлений, имеющих напряжение 0,6-1 кВ;

Сип – 3 также применяется для воздушных магистралей, но рассчитан на гораздо более высокие нагрузки — в 10 — 35 кВ;

СИП – 4 не имеет несущей жилы, прокладывается в основном по стенам зданий и сооружений, а основная сфера его использования – ответвления от магистралей для подведения электричества конечным потребителям.

Как выбрать сечение?

Сечение провода должно максимально соответствовать мощности подключаемой нагрузки. Слишком тонкие провода будут иметь более высокое сопротивление, соответственно, сильно нагреваться, что приводит к значительным потерям энергии во время передачи, а также может быть причиной к разрушения изоляции, коротких замыканий и даже пожара.

Как выбрать нужный? Подобрать кабель с необходимыми потребителю характеристиками помогут нормативные документы и таблицы с указаниями напряжения и силы тока для разных видов СИП.

Ключевая характеристика для выбора провода – та сила тока, которая может по нему пройти.

Для разных сечений этот показатель различен:

• 16 мм2 — 100 А;
• 25 мм2 – 130 А;
• 35 мм2 — 160 А;
• 50 мм2 — 195 А;
• 70 мм2 — 240 А;
• 95 мм2 — 300 А;
• 120 мм2 — 340 А;
• 150 мм2 — 380 А;
• 185 мм2 — 436 А;
• 240 мм2 — 515 А;

Пропорционально с увеличением площади сечения изменяется и максимально допустимая сила тока, на нагрузку от которой этот провод рассчитан. Помимо этого, провода разного сечения выдерживают разную интенсивность и длительность нагрева в процессе эксплуатации.

Если стоит задача подвести электричество к дому, используя сип, важно правильно выбрать необходимый вариант. Обычно провода с минимальным сечением в 16 мм2 оказывается более чем достаточно

Кабель меньшего сечения попросту не производится, а большее для бытового энергопотребления и не нужно.

В стандартной бытовой сети электроснабжения не возникает существенных перегрузок, а температура окружающей среды не выходит за рамки — 50 — + 60 градусов.

Выбор изоляции провода

Помимо характеристик токопроводящих и несущих жил стоит обратить внимание и на изоляцию проводов, точнее на материал ее изготовления. Для регионов с повышенной интенсивностью ультрафиолетового излучения рекомендована изоляция из светостабилизированного полиэтилена

При рисках значительного внешнего нагрева в процессе эксплуатации стоит отдать предпочтение негорючей изоляции. Если возможны значительные резкие перепады температур, есть риск налипания снега или обледенения проводов, то в таких условиях наиболее долговечными и исправно работающими окажутся провода с термопластичной изоляцией

Для регионов с повышенной интенсивностью ультрафиолетового излучения рекомендована изоляция из светостабилизированного полиэтилена. При рисках значительного внешнего нагрева в процессе эксплуатации стоит отдать предпочтение негорючей изоляции. Если возможны значительные резкие перепады температур, есть риск налипания снега или обледенения проводов, то в таких условиях наиболее долговечными и исправно работающими окажутся провода с термопластичной изоляцией.

При эксплуатации в условиях высокой влажности предпочтительно использование герметизированных проводов.

Производство и продажа

Производителей кабеля немало, и только потребителю решать,  какой провод выбрать конкретно из всех разновидностей. Что касается качества, то нельзя сказать, что какой-то из крупных отечественных или зарубежных изготовителей существенно выше или ниже по этому показателю.

Все требования к проводам СИП представлены в соответствующем ГОСТе, и если продукция конкретного предприятия не соответствует ему, она просто не попадет на рынок.

Непосредственно производитель осуществляет в основном оптовые продажи кабеля, для небольших объемов придется прибегнуть к услугам дилеров или посредников. И порядочные компании всегда готовы предоставить документацию, подтверждающую их сотрудничество с тем или иным производителем, а также свидетельствующую о качестве товара.

Выбор кабеля для электропроводки в квартире

Для монтажа домашней электропроводки выбирают трехжильный кабель, один проводник идет на заземление. Жила – это токоведущая часть провода, может быть одно- или многопроволочной. Жилы имеют стандартные сечения, покрыты изолирующей полимерной или резиновой оболочкой, иногда с защитной х/б оплеткой сверху. Делают жилы провода из меди, алюминия или стали.

Наилучший вариант для новой электропроводки в квартире — медный провод. Это надежнее, долговечнее, электрические показатели меди лучше, чем у алюминия.

Что касается марки кабеля, чаще всего используется кабель ВВГ и ВВГнг – медные провода плоской формы, в двойной ПВХ изоляции («нг» говорит о негорючей изоляции провода). Предназначен для выполнения проводки внутри зданий, на открытом воздухе в земле при прокладке в тубах, работает при температуре окружающей среды от -50 до +50°С. Срок службы до 30 лет. Выпускается кабель 2-, 3- и 4-жильный с сечением жил от 1,5 до 35,0 мм2

(Обратите внимание, что при обозначении АВВГ, жилы в проводе алюминиевые.)

Аналог российскому ВВГ — кабель NYM, круглой формы, с медными жилами и негорючей изоляцией, соответствует немецкому стандарту VDE 0250. Технические характеристики и область применения практически те же. Выпускается кабель 2-, 3- и 4-жильный с сечением жил от 1,5 до 4,0 мм2.

Круглый кабель удобнее прокладывать сквозь стены — отверстия сверлятся немного больше диаметра кабеля. Для внутренней проводки более удобен плоский кабель ВВГ.

Легкие и дешевые алюминиевые провода незаменимы при прокладке воздушной электропроводки, при грамотном соединении имеют длительный срок службы, поскольку алюминий почти не окисляется. С алюминиевой электропроводкой можно столкнуться при ремонте в старых домах. Когда требуется подключить дополнительные энергоемкие приборы, определяют по сечению или диаметру жил проводов способность проводки из алюминия выдержать большую нагрузку (см. таблицу).

Длительно допустимые токовые нагрузки на алюминиевые провода в разы меньше, чем при использовании медных проводов и кабелей аналогичного сечения.

Электромонтажные работы. Провода, кабели и инструмент

Прежде чем говорить о правилах монтажа внутренних линий (групп) домовой проводки, стоит разобраться с типами проводов и их предназначением.

Электрический провод — это изолированный или неизолированный проводник электрического тока, состоящий из одной или нескольких проволок (чаще всего медных или алюминиевых).

Установочный провод — это изолированный электропровод для электрического монтажа и скрытой или открытой проводки.

Электрический кабель — несколько изолированных электрических проводов, заключенных в общую защитную оболочку, а иногда поверх нее в защитный покров — стальную спиральную ленту (металлорукав) или металлическую оплетку.

Электрический шнур — это гибкий кабель с многопроволочными гибкими жилами, предназначенный для подсоединения электроприборов к сети через розетки.

Неизолированный провод допускается применять только для воздушной линии.

Сечение провода нужно выбирать в зависимости от проходящего но нему тока (или потребляемой мощности).

Для медных проводов допустимая токовая нагрузка до 8 ампер на квадратный миллиметр сечения, а для алюминиевых — до 6 ампер.

Сколько киловатт выдержит СИП

   Просматривая простоты интернета на предмет электромонтажа, обнаружил на одном форуме тему с обсуждением «выдержит ли сип 4х16 15квт». Вопрос возникает потому что на подключение частного дома выделяют 15 кВт 380 вольт. Ну и народ интересуется не маловато ли заложить 16 квадрат на ответвление от воздушной линии? Заглянул я счанала в ПУЭ, но почему то на тему мощности СИПа ничего там не нашел.

  Вот есть только табличка 1.3.29 «Допустимый длительный ток для неизолированных проводов по ГОСТ 839-80». И по ней видно что максимальный допустимый ток для сечения 16кв. мм. провода типа АС, АСКС, АСК вне помещения составляет 111 ампер. Ну хоть что то для начала. 

Сколько киловатт выдержит СИП 4х16?

  Но зато есть ГОСТ  31943-2012 «Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи». В конце госта, в пункте 10 указания по эксплуатации, есть табличка 

Сколько киловатт выдерживает СИП — таблица:

Методика расчета (update от 19.02.2018)

  Берем табличку 10 и по ней находим что одна жила сипа 16 кв.мм. выдерживает — 100 ампер. Далее берем следующие формулы расчета:

   для однофазной нагрузки 220В P=U*I

   для трехфазной нагрузки 380В P=(I1+I2+I3)\3*cos φ*1,732*0,38

  update от 19.02.2018 Что касается расчета мощности для трехфазной нагрузки, необходимо понимать что многое зависит от типа потребителей (точнее какую нагрузку они предоставляют активную или реактивную, от этого зависит какой cos φ нужно подставлять в формулу, в данном случае для расчетов он равен 0.95)

  Дорогие посетители сайта и я возможно бы не заметил ваши колкие, но технически верные комментарии к статье если бы мне, как раз сегодня мне позвонил человек с вопросом : «какой сип мне нужен под 120 кВт?». По табличке ему отлично подойдет СИП сечением 50мм кв. Даже если опустить тот факт что длина линии влияет на падение напряжения (у него 150 метров), не стоит забывать что нагрузка по фазам может разниться, что видно из формулы — там берется средняя велечина по трем фазам. Тут просто надо понимать что ток по фазе может превысить  предельно допустимые значения для данного сечения провода.

  Поэтому если значение необходимой вам нагрузки лежит ближе 10% к табличному, следует выбирать более крупное сечения сипа по списку. Поясню на примере 120 квт. По таблице для этой трехфазной нагрузки подходит СИП сечением токопроводящих жил 50мм, однако это меньше 10%. То есть 121кВт*0.9=109 кВт. Соотвественно нужно выбирать СИП 3х70+1х54.6.

В начале темы поднимался вопрос «выдержит ли сип 4х16 15квт»? Поэтому для частного дома мы умножаем 220Вх100А=22кВт по фазе. Но не забываем что фазы то у нас три. А это уже 66 киловатт суммарно для жилого дома. Что представляет собой 4х кратный запас относительно выдаваемых техусловий.

Выбор сечения кабеля по силе тока

Рассчитать сечение медного кабеля по силе тока поможет следующая таблица:

Например, при закрытой проводке для подключения приборов с суммарной силой тока 17,5 А потребуется провод сечением не менее 2 мм2.

При расчете сечения провода по силе тока не имеет значение, переменный это ток или постоянный, а также величина и частота изменения напряжения в электропроводке.

Для более скрупулезных расчетов сечений жил кабелей, проводов по мощности и силе тока учитывают каждый фактор — способ прокладки электропроводки, длину, вид изоляции и др. Все эти показатели регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПЭУ).

В целом электропроводка в квартире обязательно должна отвечать требованиям безопасности, надежности и экономичности. Электричество – это очень серьезно. И если вы не уверены в своем опыте и знаниях, лучшим решением будет обратиться к услугам специалистов.

Звоните! +7 (343) 219-22-56

ООО «Энергомодуль»

Какой автомат на 15 кВт 3 фазы

Быть владельцем или собственником нежилого помещения непросто. Сразу возникает большой спектр вопросов, решить которые самостоятельно порой очень затруднительно. Одной из таких глобальных задач выступает электроснабжение. От решения этой задачи будет напрямую зависеть дальнейшая эксплуатация помещения.

Перед тем, как приниматься за осуществление технологического присоединения, стоит определиться, какие приборы будут подключены к электрической сети, а также как часто и долго они будут эксплуатироваться. Все энергопринимающие устройства составят общую нагрузку сети, значение которой может как уложиться в величину разрешенной мощности, так и превысить это значение.

Для того, чтобы обеспечить безопасность вашего объекта в плане эксплуатации энергопринимающих устройств, необходимо установить соответствующий автомат. Выбрать подходящий довольно трудно, так как возникает множество сопутствующих вопросов. Например, какой автомат ставить на 15 кВт? Для 15 кВт 3 фазы сколько ампер автомат должен быть на вводе электроустановки? В первую очередь, необходимо сказать, что автомат на 15 кВт в 3 фазы принимает напряжение в 380В. Следовательно, автомат на 15 кВт требует вводного автомата на 25А. Как учесть все эти требования? Давайте разбираться.

Сечение проводов при закрытой и открытой электропроводке

Еще один момент — тип электромонтажа, который вы планируете использовать. Открытую электропроводку монтируют на поверхностях или в укрепленных поверху трубах. Скрытую электропроводку прокладывают в пустотах перекрытий, в каналах или бороздах, вырубленных в стенах, в изоляционных и стальных трубах внутри конструкционных элементов.

При закрытой электропроводке требования к сечению кабеля несколько выше, чем при открытой, поскольку без доступа воздуха кабель сильнее нагревается под нагрузкой.

Зная расчетный ток, тип кабеля и электропроводки, можно переходить к расчетам сечения проводов. Учитываются два параметра: допустимая длительная токовая нагрузка и потеря напряжения в проводах, соединяющих потребителя с источником тока. Чем больше длина провода, тем большие потери по пропускной способности он несет (тогда диаметр поперечного сечения токоведущей жилы увеличивают).

Для отдельных комнат или приборов, не требующих большой мощности, второй показатель можно не считать (потери напряжения будут слишком малы).

Параметры расчетов автомата

Каждый автоматический выключатель в первую очередь защищает проводку, подключенную после него. Основные расчеты данных устройств проводятся по номинальному току нагрузки. Расчеты по мощности осуществляются в том случае, когда вся длина провода рассчитана на нагрузку, в соответствии с номинальным током.

Окончательный выбор номинального тока для автомата зависит от сечения провода. Только после этого можно рассчитывать величину нагрузки. Максимальный ток, допустимый для провода с определенным сечением должен быть больше номинального тока, указанного на автомате. Таким образом, при выборе защитного устройства используется минимальное сечение провода, присутствующее в электрической сети.

Когда у потребителей возникает вопрос, какой автомат нужно поставить на 15 кВт, таблица учитывает и трехфазную электрическую сеть. Для подобных расчетов существует своя методика. В этих случаях номинальная мощность трехфазного автомата определяется как сумма мощностей всех электроприборов, планируемых к подключению через автоматический выключатель.

Например, если нагрузка каждой из трех фаз составляет 5 кВт, то величина рабочего тока определяется умножением суммы мощностей всех фаз на коэффициент 1,52. Таким образом, получается 5х3х1,52=22,8 ампера. Номинальный ток автомата должен превышать рабочий ток. В связи с этим, наиболее подходящим будет защитное устройство, номиналом 25 А. Наиболее распространенными номиналами автоматов являются 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80 и 100 ампер. Одновременно уточняется соответствие жил кабеля заявленным нагрузкам.

Данной методикой можно пользоваться лишь в тех случаях, когда нагрузка одинаковая на все три фазы. Если же одна из фаз потребляет больше мощности, чем все остальные, то номинал автоматического выключателя рассчитывается по мощности именно этой фазы. В этом случае используется только максимальное значение мощности, умножаемое на коэффициент 4,55. Эти расчеты позволяют выбрать автомат не только по таблице, но и по максимально точным полученным данным.

При проектировании электросети нового дома, для подключения новых мощных приборов, в процессе модернизации электрощита приходится осуществлять выбор автоматического выключателя для надёжной электрической безопасности.

Некоторые пользователи небрежно относятся к данной задаче, и могут не задумываясь подключить любой имеющийся автомат, лишь бы работало, или при выборе ориентируются по таким критериям: подешевле, чтоб не сильно по карману било, или по мощней, чтобы лишний раз не выбивало.

Очень часто такая халатность и незнание элементарных правил выбора номинала предохранительного устройства приводит к фатальным последствиям. Данная статья ознакомит с основными критериями защиты электропроводки от перегрузки и короткого замыкания, для возможности правильного выбора защитного автомата соответственно мощности потребления электроэнергии.

Ответы знатоков

vasiliy zelenkov:

А какое напряжение? от него зависит, пример- чайник 2000W каким шнуром запитан и стартер на ЗАЗе 0.78квт, а проводок по ТОЛЩЕ будет.

Евгений:

220 — 10 квадратов хватит, 380 — 4 должно хватить ( на жилу )

Серёга Срибный:

10мм2 медь, открытая проводка 220в. Если закрытая 16мм2.

Виталий Петров:

Если трёхфазный двигатель 380В, четырёх жильный медный кабель 6мм квадратных (каждая жила).

Александр Зацаринный:

Какая нагрузка: однофазная или трехфазная? Какие жилы кабеля: алюминиевые или медные? Как будет проложен кабель: по конструкциям, в земле, в трубе или как?

марина живага:

Alexandr Ыых:

Каждый электрик железно «знает» что 1 Ток идет по пути наименьшего сопротивления. 2 Сопротивление заземление должно быть 4 ома. 3 Провод держит 10 ампер на квадрат. —

Заблуждение об «амперах на квадрат» проистекает от того, что большинство электриков знакомы только с квартирной проводкой где диапазон сечений колеблется от 2.5 мм2 до 6 мм2 и применение в этом случае «амперов на квадрат» не дает грубых ошибок.

Но если пользоваться для определения таблицами из ПУЭ, то видим,

что длительно допустимый ток провода в пересчете «ампер на квадрат» меняется для меди от 15 А/мм2 для сечения 1 мм2, до меньше 2 А/мм2 для больших сечений, и для алюминия от 8 А/мм2 до меньше 2 А/мм2. Учитывая большую цену кабелей большого сечения, лучше использовать для выбора кабеля не сомнительные «амперы на квадрат», а таблицы ПУЭ.

В данном случае, если нет дополнительных условий, подходит Таблица 1.3.5. Допустимый длительный ток для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами

В условиях не указан косинус фи потребителя. Если предположить, что косинус фи равен единице, то есть моторов почти нет, почти вся мощность идет на нагрев, то

120 кВт/(3*0.22 кВ)= 180 ампер Трехжильный алюминиевый кабель 120 мм2 держит 190 ампер, вот он и подходит. Падение на 200 метрах где-то 5…6 вольт, проблемы не создает. При выборе кабеля не забываем о нулевой жиле.

Если же моторов много, то косинус фи может быть и где-то 0.4…0.5. При этом ток будет больше в два и более раза и одним кабелем обойтись не получится. Можно поставить компенсатор реактивной прямо на шины потребителя, но тогда при его отказе потребитель работать не сможет.

Если это не курсовик, а реальная установка, то надо не забывать регулярно проверять нагрев контактов по всей цепи и в случае сильного нагрева не просто обжимать, а еще и счищать окисел с алюминия в месте контакта.

bruho:

Вообще танцуют не от мощности, а от тока.. Медь та держит примерно в среднем 15ам на квадрат сечения, алюминий меньше… но всё это конкретно надо смотреть в справочнике. Если на одной фазе 220 в то примерно 5 амп на киловатт. Так что это примерно 120 киловатт 600 амп… по меди получается 40 квадрат.. но это всё примерно..

Рашид Габбасов:

Считать надо по току а не помощности. Вдруг у Вас 600 вольт 3 фазы а не 380. А может стоит транс понижающий и подаёте 6кв.

навигатор:

Обычно для АЛЮМИНИЕВЫХ кабелей…. принимают плотность тока до 15 А\ кв. мм…. в случае 3-х фазного тока его уменьшают на кв. корень из 3….т. е. будет менее 10 А\кв. мм… как тут пишут- 5 А на 1 КW….т. е примерно -грубо 600 А… и поделив на 10-получим, что нужно ближайшее к ГОСТ сечение 70 кв. мм

расчет сечения кабеля по мощности

Калькулятор позволяет рассчитать сечение токоведущих жил электрических проводов и кабелей по электрической мощности.

Вид электрического тока

Вид тока зависит от системы электроснабжения и подключаемого оборудования.

Выберите вид тока: ВыбратьПеременный токПостоянный ток

Материал проводников кабеля

Материал проводников определяет технико-экономические показатели кабельной линии.

Выберите материал проводников:

ВыбратьМедь (Cu)Алюминий (Al)

Суммарная мощность подключаемой нагрузки

Мощность нагрузки для кабеля определяется как сумма потребляемых мощностей всех электроприборов, подключаемых к этому кабелю.

Введите мощность нагрузки: кВт

Номинальное напряжение

Введите напряжение: В

Только для переменного тока

Система электроснабжения: ВыбратьОднофазнаяТрехфазная

Коэффициент мощности cosφ определяет отношение активной энергии к полной. Для мощных потребителей значение указано в паспорте устройства. Для бытовых потребителей cosφ принимают равным 1.

Коэффициент мощности cosφ:

Способ прокладки кабеля

Способ прокладки определяет условия теплоотвода и влияет на максимальную допустимую нагрузку на кабель.

Выберите способ прокладки:

ВыбратьОткрытая проводкаСкрытая проводка

Количество нагруженных проводов в пучке

Для постоянного тока нагруженными считаются все провода, для переменного однофазного — фазный и нулевой, для переменного трехфазного — только фазные.

Выберите количество проводов:

ВыбратьДва провода в раздельной изоляцииТри провода в раздельной изоляцииЧетыре провода в раздельной изоляцииДва провода в общей изоляцииТри провода в общей изоляции

Минимальное сечение кабеля: 0

Кабель с рассчитанным сечением не будет перегреваться при заданной нагрузке. Для окончательного выбора сечения кабеля необходимо проверить падение напряжения на токонесущих жилах кабельной линии.

Длина кабеля

Введите длину кабеля: м

Допустимое падение напряжения на нагрузке

Введите допустимое падение: %

Минимальное сечение кабеля с учетом длины: 0

Рассчитанное значение сечения кабеля является ориентировочным и не может использоваться в проектах систем электроснабжения без профессиональной оценки и обоснования в соответствии с нормативными документами!

Таблица сечения кабеля по мощности и току

Для чего нужен расчет сечения?

Электрические кабели и провода – основа энергетической системы, если они подобраны неправильно, это сулит множество неприятностей. Делая ремонт в доме или квартире, а особенно при возведении новой конструкции, уделите должное внимание схеме проводки и выбору корректного сечения кабеля для питания мощности, которая в процессе эксплуатации может возрастать.

Специалисты нашей компании при монтаже стабилизаторов напряжения и систем резервного электропитания сталкиваются с халатным отношением электриков и строителей к организации проводки в частных домах, в квартирах и на промышленных объектах. Плохая проводка может быть не только в тех помещениях, где длительное время не было капитального ремонта, а также когда дом проектировался одним владельцем под однофазную сеть, а новый владелец решил «завести» трехфазную сеть, но уже не имел возможности подключить нагрузку равномерно к каждой из фаз. Нередко провод сомнительного качества и недостаточного сечения встречается в тех случаях, когда строительный подрядчик решил сэкономить на стоимости провода, а также возможны любые другие ситуации, когда рекомендуется делать энергоаудит.

Современный набор бытовых приборов требует индивидуального подхода для расчета сечения кабеля, поэтому нашими инженерами был разработан этот онлайн калькулятор по расчету сечения кабеля по мощности и току. Проектируя свой дом или выбирая стабилизатор напряжения, вы всегда можете проверить, какое сечение кабеля требуется для этой задачи. Все что от вас требуется, это внести корректные значения соответствующие вашей ситуации.

Обращаем ваше внимание, что недостаточное сечение кабеля ведет к перегреванию провода, тем самым существенно повышая возможность возникновения короткого замыкания в электрической сети, выходу из строя подключенного оборудования и возникновению пожара. Качество силовых кабелей и корректность выбора их сечения гарантирует долгие годы службы и безопасность эксплуатации.

Расчет сечения кабеля для постоянного тока

Данный калькулятор хорош также тем, что позволяет корректно рассчитать сечение кабеля для сетей постоянного тока. Это особенно актуально для систем резервного питания на основе мощных инверторов, где применяются аккумуляторы большой емкости, а разрядный постоянный ток может достигать 150 Ампер и более. В таких ситуациях учитывать сечение провода для постоянного тока крайне важно, поскольку при заряде аккумуляторов важна высокая точность напряжения, а при недостаточном сечении кабеля могут возникать ощутимые потери и, соответственно, аккумулятор будет получать недостаточный уровень напряжения заряда постоянного тока. Подобная ситуация может послужить ощутимым фактором сокращения срока службы батареи.

грифов едут на север | Все о птицах Все о птицах

Не так давно — мгновение ока по геологической шкале времени — грифы-индюки парили только над южными ландшафтами. Сегодня их можно увидеть от Мэна и Онтарио до Монтаны, Саскачевана, Манитобы и даже на севере и западе до острова Ванкувер в Британской Колумбии.

Они являются частью группы «южных видов» — краснобрюхих дятлов, хохлатых синиц, северных кардиналов, северных пересмешников и каролинских крапивников, — которые за последние десятилетия продвинулись на сотни миль к северу.Столетие назад к югу от линии Мейсон-Диксон их было гораздо больше, чем к северу от нее. Сегодня все они обычны для большей части Новой Англии и других северных штатов к западу от Великих озер, и три из них — гриф-индюк, кардинал и пересмешник — теперь регулярно гнездятся в Канаде.

Идея о том, что потепление на континенте может вызвать такое движение, восходит по крайней мере к 1909 году, когда орнитолог из Филадельфии Спенсер Троттер опубликовал «Геологические и географические связи фауны наземных птиц северо-востока Америки» в The Auk .Троттер понимал изменение климата иначе, чем мы сегодня. По его мнению, три признанные птичьи фауны того времени — «канадская», «аллеганская» и «каролинская» — следовали одна за другой в северо-восточном углу континента в медленном и величественном зрелище. Он считал, что они переместились в ответ на «общую тенденцию различных видов птиц постепенно распространяться на север в область новых условий окружающей среды, которая была открыта для них со времен ледникового периода.После того, как лед отступил и заросли хвойных пород, первыми вторглись корольки с золотой короной, сосновые канадские клювы, мухоловки, юнко и другие канадские породы. Намного позже, когда среда обитания изменилась еще больше, сюда поселились синие дрозды, щеглы, воробьи-воробьи, розогрудые глуханки, краснокрылые черные дрозды и другие аллеганцы. отстающие », казалось, готовились колонизировать Северо-Восток. Троттер перечислил хохлатую синичку, северного кардинала, каролину Рен и индейку «канюк» как виды, находящиеся на их пути — и в каждом случае он оказался прав.

Двадцать лет спустя Джордж Микш Саттон в своей книге «Расширение ареала размножения стервятника в Пенсильвании» ( The Auk , 1928) заметил, что наблюдатели в Пенсильвании видели стервятников и гнезда, «там, где туземцы никогда раньше не видели стервятников». Однако он отверг повышение температуры как причину. «Изменение климата, вероятно, не имело ничего общего с расширением ареала этого вида; непосредственную причину обнаружить несложно. Олени стали настолько многочисленными в некоторых частях [штата], что исчерпали запасы пищи и умирают из-за недоедания.”

Объяснение Саттона все еще может быть точкой зрения большинства. Я сам часто говорил: «Слишком много оленей, слишком много дорог, слишком много машин. Стервятники пируют на всех этих убийствах на дорогах. Это очевидно.»

Может быть, это слишком очевидно. Это правда, что популяции белохвостых оленей резко выросли за те же десятилетия, что и стервятники на север. Из примерно полумиллиона в 1900 году белохвостых оленей сейчас насчитывается не менее 15 миллионов, а, по некоторым оценкам, намного больше 20 миллионов.Они стали бичом для садоводов, фермеров, лесников, смотрителей парков и водителей. Национальное управление безопасности дорожного движения недавно пришло к выводу, что 1,5 миллиона дорожно-транспортных происшествий с участием транспортных средств и оленей, 150 человеческих жертв, 10 000 травм и ущерб в размере 1 миллиарда долларов, регистрируемые ежегодно, представляют собой лишь небольшую часть ущерба, поскольку о бесчисленных авариях не сообщается.

Однако, несмотря на эти статистические данные, я начал задаваться вопросом, может ли мнение наших птицеводов о том, что стервятники зависят от туш оленей, основано на некой оптической иллюзии.Да, мы все видим много убитых на дороге оленей и, да, иногда мы видим стервятников, стоящих рядом с тушами и иногда даже кормящихся ими. Но как часто мы определяем более мелкие и мягкие стервятники, которые тоже едят на дороге? А что мы знаем о падалье, которую стервятники находят на обочинах дорог?

В своей монографии Птицы Северной Америки 1998 г., посвященной этому виду, Дэвид Кирк и Майкл Моссман отмечают, что стервятники-индюки питаются «оппортунистически широким спектром дикой и домашней падали», включая мышей, землероек, оленей, свиней, овец. , куры, дрозды, змеи, черепахи, креветки, улитки, кузнечики, поденки, койоты, морские львы и многое другое.Еще они едят коровий навоз и гнилые тыквы.

Пищевые привычки стервятников обычно изучают путем сбора и анализа отрыгнутых птицами гранул. Изучая литературу, можно предположить, что убийство оленей не является таким важным компонентом рациона стервятников, как могли бы ожидать птицеводы. Исследование стервятников в Вирджинии, проведенное в 1984 г. и опубликованное в журнале The Wilson Bulletin , показало, что останки овец (в 55% всех поголовье) и опоссума (в 51%) превосходили по численности останки оленей (32%).В исследовании 1989 года «Пищевые привычки грифов-индюков в Западном Техасе», опубликованном в журнале The Journal of Raptor Research , были обнаружены останки оленей менее чем в 8% собранных гранул. Напротив, останки скунса были обнаружены у 37 процентов, а останки кроликов — у 89 процентов.

Другое исследование, опубликованное в The Wilson Bulletin (1990), показало, что в Мэриленде и Пенсильвании, где белохвостые олени особенно многочисленны, стервятники питались как домашней птицей (64 процента всех гранул), так и домашними животными (50 процентов). чаще, чем на оленях (40%).Другая статья 1990 года в бюллетене Wilson «Пищевые привычки индюка-стервятника в Южном Онтарио» сообщала, что стервятники на изученных насестах питались широким спектром из 19 млекопитающих, как домашних, так и диких, а также жуками и цыплятами. Сурок был наиболее распространенным кормом, он присутствовал в 53 процентах гранул. Белохвостый олень даже не входил в меню.

Могла ли такая приспособляемая птица ждать взрыва белохвостого оленя, чтобы подпитывать экспансию на север?

Кирк и Моссман отмечают увеличение численности оленей как один из факторов, которые привели к увеличению численности грифов-индюков на континенте.Они сообщают, что этому также способствовало сокращение преследований и пестицидов. Стервятников отлавливают и стреляют реже, чем это было несколько десятилетий назад, и, как ястребы и другие плотоядные птицы, стервятники сейчас более здоровы, потому что хлорорганические соединения менее заметны в пищевой цепочке. Авторы также отмечают, что методы ведения сельского хозяйства в южных штатах изменились, в целом наблюдается тенденция перехода от семейных животноводческих хозяйств к более крупным фермам, выращивающим товарные культуры, с улучшенной утилизацией мертвого скота. Различные методы ведения лесного хозяйства также привели к потере мест гнездования на юге.Оба эти события, возможно, помогли подтолкнуть стервятников на север к новым местам кормления и гнездования.

Хотя Кирк и Моссман не упоминают об этом, я не могу не задаться вопросом, внесло ли это изменение климата. Об этом свидетельствует почти вековая картина их вторжения. Стервятники следовали той же последовательности на каждом шагу на север, когда они продвигались через Пенсильванию и Нью-Джерси в 1930-х годах, в южный Нью-Йорк и южную часть Новой Англии в 1940-х годах, а после задержки в четверть века (возможно, вызванной пестицидами ), на север в северные районы штата Нью-Йорк, север Новой Англии и юг Канады в последние десятилетия.На каждом этапе первые бродячие птицы наблюдались весной и летом в течение года или двух, через несколько лет было обнаружено несколько гнезд, и вскоре, всего через 20 или 30 лет после появления первых редкостей, виды имели получил ПМЖ в районе, где раньше его не могли найти.

Мне не удалось найти исследование, устанавливающее прямую связь между ростом стервятников и изменением климата, но недавний отчет британского орнитолога Кристофера Дж. Батлера, опубликованный в The Ibis в 2003 году, близок к этому.Батлер собрал записи за столетие из двух птичьих клубов — Птичьего клуба Каюга в бассейне озера Каюга (Итака, Нью-Йорк) и Птичьего клуба округа Вустер (Вустер, Массачусетс) — для выяснения первых дат прибытия краткосрочных мигрантов в те области. Как показали аналогичные исследования европейских мигрантов, Батлер обнаружил, что практически все мигранты на короткие расстояния сместили миграцию вперед, очевидно, в ответ на изменение климата. Данные Worcester показали, что 49 из 52 видов, включая гриф-индюка, переместились в значительно более ранние сроки прибытия.Данные Cayuga Bird Club еще более четко показали эту тенденцию. Здесь Батлер смог сравнить даты первого прибытия членов клуба с 1903 по 1950 год с отчетами клуба с 1951 по 1993 год. Все 47 мигрантов, прибывших на короткие расстояния, за исключением двоих, перенесли даты прибытия в этом году вперед. Сдвиг в миграции стервятников-индейцев был особенно очевиден. Для первой половины 20 века их средняя дата прибытия была 20 апреля; для второй половины это было почти месяцем ранее, 22 марта.

Угрозы изменения климата пугают нас — как и должно быть. Но последние слова я передам Спенсеру Троттеру, чья более радужная перспектива может быть разделена только в том случае, если мы сможем представить себе, что далеко за пределами человеческой истории и опыта, как назад, так и вперед во времени: «С нашей ограниченной точки зрения множество видов и разновидностей, которые мы видим, что сегодня они кажутся особенно стабильными в своих чертах и ​​приспособлениях. Но динамическое влияние окружающей среды непрестанно, хотя и незаметно. Как виды, так и фауны — всего лишь преходящие фазы в огромных космических процессах в истории континента.”

Гриф-индейка — обзор

b Gular Flutter

Многие птицы (например, бакланы, пеликаны, олухи [сула], грифы-индюки, перепела [например, Callipepla, Colinus] , козосы [козодои, козодои, ястребы] ], дорожные бегуны, голуби, голуби, совы и мышиные птицы) дополняют одышку быстрым трепетанием горловины (Lasiewski, 1972; Dawson, 1982; Arad et al. , 1989). Ритмичное раздувание или пульсация хорошо васкуляризованного пищевода способствует эффективности этой деятельности у голубей и голубей (Gaunt, 1980; Baumel et al., 1983). У некоторых изученных видов (например, чайки [Larus] , лягушачьи пасти и воробьиные [Lasiewski, 1972; W. R. Dawson, неопубликованные наблюдения]) отсутствовало флаттер-флаттер. Трепетание, вызываемое попеременным сгибанием и расслаблением подъязычного аппарата, по-видимому, имеет два преимущества перед тепловым тахипноэ. Во-первых, движение воздуха влияет только на поверхности, которые не участвуют в газообмене, поэтому проблем с гипокапнией и алкалозом можно избежать. Во-вторых, энергетические затраты на трепетание области горла, вероятно, в большинстве случаев значительно меньше, чем затраты на перемещение более крупной торакоабдоминальной структуры, что приводит к большей эффективности охлаждения.

Козососы оказались особенно опытными в трепетании желудка, что способствовало способности таких птиц, как обыкновенная злоба и пятнистый козодой (Eurostopodus guttatus) при очень высоком уровне T _a достигать степени испарительного охлаждения были более чем в 3 раза по сравнению с их одновременными темпами производства тепла (Lasiewski, 1969; Dawson and Fisher, 1969). Этому способствовал относительно низкий уровень метаболизма при высоком уровне T _и .Во время тепловых проблем расчетные доли общей потери воды за счет испарения, приходящиеся на трепетание пищевода у японских перепелов и щечно-глоточную вентиляцию домашних птиц, составили 20% и до 35% соответственно (Weathers and Schoenbechler, 1976; Brackenbury et al. , 1981b). Результаты для простых людей предполагают, что трепетание пищевода может вносить более половины общих потерь воды за счет испарения при T _и выше 39,5 ° C (Lasiewski, 1972).

Частота трепетания желудка колеблется от 176 до более 1000 циклов / мин, в зависимости от вида (см.Таблица VI в Dawson and Hudson, 1970). У некоторых видов (например, перепелов) частота возрастала с увеличением тепловой нагрузки, но у других (например, у пеликанов, бакланов, козососов, дорожных бегунов, голубей, голубей, сов и мышей) наблюдалась лишь узкая полоса частот, не зависящих от температуры. использовали (Ласевский, 1972). Варфоломея и др. . (1968) предположили, что эти частоты соответствуют резонансным частотам соответствующих подъязычных аппаратов птиц. Однако прямых доказательств этому, похоже, не хватает.Такое расположение позволило бы использовать эту структуру с низкими энергетическими затратами, тем самым способствуя эффективности охлаждения. Как бы то ни было, ограничение частот флаттера узким диапазоном означает, что регулировка вклада флаттера в испарительное охлаждение должна достигаться в первую очередь за счет изменения продолжительности приступов флаттера, амплитуды движений горла и / или площади вовлечена щечно-глоточная область.

У птиц, которые реагируют на тепловую нагрузку как трепетанием пищевода, так и тепловым тахипноэ, частоты этих двух движений могут быть очень разными (Lasiewski, 1972).Например, у бакланов, цапли крупного рогатого скота (Bubulcus ibis) и обычного трепетания частота трепетания горла превышала частоту теплового тахипноэ (например, одна 12-дневная цапля крупного рогатого скота задыхалась и трепетала при ≤81 и 895 –965 циклов / мин соответственно, Hudson и др. , 1974). Возможно, разница в используемых частотах частично отражает существенную разницу в массе между грудной клеткой и гулярно-подъязычной структурой. Однако частота дыхания и трепетания у некоторых птиц схожа (например,g., roadrunners, голуби, голуби, совы и голубогрудый перепел [Coturnix chinensis]) , и было высказано предположение, что они связаны с резонансными свойствами торакоабдоминальной области (Bartholomew et al. , 1968 ). Опять же, прямые экспериментальные доказательства такой связи отсутствуют.

В ответ на воздействие тепла у нескольких видов трепетание желудка началось до теплового тахипноэ. Однако у сизого голубя и сипухи (Tyto alba) последовательность была обратной.То же самое относится и к 12-дневной цапле крупного рогатого скота, исследованной Хадсоном и др. . (1974), у которых трепетание горла начиналось при несколько более высоких температурах клоаки, чем тепловое тахипноэ.

Алгоритм оптимизации африканских стервятников: новый метаэвристический алгоритм, вдохновленный природой, для задач глобальной оптимизации

Основные моменты

•

Предлагается новый метаэвристический алгоритм, вдохновленный образом жизни африканских стервятников.

•

Предложенный алгоритм сначала протестирован на 36 стандартных тестовых функциях.

•

Затем решаются одиннадцать инженерных проблем, чтобы гарантировать применимость и характер черного ящика.

•

Статистические результаты демонстрируют достоинства предложенного алгоритма.

Реферат

Метаэвристика играет решающую роль в решении задач оптимизации. Большинство таких алгоритмов основаны на коллективном разуме и поиске пищи существами в природе. В этой статье предлагается новая метаэвристика, вдохновленная образом жизни африканских стервятников.Алгоритм называется «Алгоритм оптимизации африканских стервятников» (AVOA) и имитирует поведение африканских стервятников при поиске пищи и навигации. Чтобы оценить производительность AVOA, она сначала тестируется на 36 стандартных тестовых функциях. Затем проводится сравнительное исследование, которое демонстрирует превосходство предложенного алгоритма по сравнению с несколькими существующими алгоритмами. Чтобы продемонстрировать применимость AVOA и ее черную природу, она используется для поиска оптимальных решений для одиннадцати проблем инженерного проектирования.Согласно результатам экспериментов, AVOA является лучшим алгоритмом для 30 из 36 тестовых функций и обеспечивает превосходную производительность в большинстве инженерных исследований. Тест суммы рангов Вилкоксона используется для статистической оценки и указывает на значительное превосходство алгоритма AVOA при 95% доверительном интервале.

Ключевые слова

Метаэвристика

Алгоритм

Алгоритм оптимизации искусственного стервятника

Африканский стервятник

Оптимизация

Искусственный интеллект

Бенчмарк

Soft Computing

© Полный текст статьи

Рекомендуемые статьи 9Citing 9Citing Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Механизмы сосуществования стервятников: понимание закономерностей обилия стервятников у туш в национальном заповеднике Масаи Мара, Кения

Abstract

Abstract Из-за высокой, хотя и сезонной, доступности туш экосистема Мара-Серенгети в Кении отличается большим разнообразием падальщиков, что ведет к значительной конкуренции между видами. Из закономерностей появления стервятников на 163 тушах за 8-летний период в Национальном заповеднике Масаи Мара мы смогли выявить некоторые механизмы, которые могут снизить конкуренцию.Виды связаны на основе сходных диетических потребностей и морфологии клюва, и они сильно взаимозависимы, демонстрируя мало доказательств диссоциации. Социальные стервятники (род Gyps) доминировали над стервятниками в заповеднике; они были более многочисленными в тушах, когда мигрирующие копытные находились в засушливом сезоне, когда было больше туш, чем когда мигрирующие копытные отсутствовали. Кроме того, независимо от личности хищника, присутствие хищника уменьшало количество стервятников, что позволяет предположить, что стервятники предпочитают падаль, а не убитую хищниками там, где это возможно.Сравнение прошлых и текущих подсчетов трупов предполагает существенное изменение численности цыганских стервятников с увеличением относительной численности стервятника Руппелла (G. rueppellii) по сравнению с численностью белоспиного стервятника (G. africanus). Кроме того, наши результаты показывают, что, поскольку изменение землепользования в экосистеме Мара-Серенгети приводит к сокращению численности крупных копытных, социальные стервятники пострадают больше всего.

Информация журнала

The Condor: Ornithological Applications публикует оригинальные исследования, обобщения и оценки, посвященные применению научной теории и методов для сохранения, управления и экологии птиц; и применение орнитологических знаний к политике сохранения и управления, а также к другим важным для общества вопросам.Condor издается непрерывно с 1899 года. Журнал имеет импакт-фактор 2,722, что делает его ведущим журналом в области орнитологии.

Информация об издателе

Oxford University Press — это отделение Оксфордского университета. Издание во всем мире способствует достижению цели университета в области исследований, стипендий и образования. OUP — крупнейшая в мире университетская пресса с самым широким присутствием в мире. В настоящее время он издает более 6000 новых публикаций в год, имеет офисы примерно в пятидесяти странах и насчитывает более 5500 сотрудников по всему миру.Он стал известен миллионам людей благодаря разнообразной издательской программе, которая включает научные труды по всем академическим дисциплинам, библии, музыку, школьные и университетские учебники, книги по бизнесу, словари и справочники, а также академические журналы.

Ветеринарное обезболивающее угрожает стервятникам Европы | Новости

Когда в 2006 году Индия, Пакистан и Непал запретили ветеринарное использование обезболивающего диклофенака, у стервятников в регионе наконец появился шанс выздороветь.Быстрое сокращение их численности значительно замедлилось. Теперь стервятники в Европе сталкиваются с аналогичной угрозой от этого и ему подобных.

Смерть стервятников в Южной Азии была вызвана тем, что домашнему скоту давали диклофенак незадолго до его смерти. Птицы, которые затем продолжили есть эти туши домашнего скота, умерли от отравления диклофенаком, поскольку они метаболизируют препарат иначе, чем млекопитающие. Ветеринары применяют препарат для снятия боли, жара и воспаления у больных и страдающих животных. Однако последствия широкого применения диклофенака были катастрофическими.Между 1992 и 2007 годами погибло 99% стервятников в Индии.

Стервятники, которые ели туши, зараженные этим нестероидным противовоспалительным препаратом (НПВП), погибли в течение нескольких дней. После того, как стервятники съели испорченную ткань, образовались кристаллы мочевой кислоты — симптом подагры. Птицы погибли, когда у них отказали сильно поврежденные почки. «Стервятники питаются коллективно. Одно больное животное, получившее дозу диклофенака в течение нескольких часов после смерти, может превратиться в тушу, способную убить очень много стервятников », — объясняет Марк Таггарт из Института экологических исследований Великобритании.

В 1980-х годах, до появления диклофенака, в Индии были десятки миллионов длинноклювых, тонкоклювых и восточных белоспинных грифов. В то время грифы считались самыми многочисленными крупными хищниками в мире. Затем в национальном парке Кеоладе, Индия, были замечены стервятники с неестественно опущенной шеей. Они выглядели больными. Многие упали на землю. Потом появлялось все больше и больше мертвых и умирающих птиц.

Причина их кончины осталась загадкой.Грифы были проверены на наличие болезней, вирусов, пестицидов и инфекций. Исследователи были сбиты с толку, когда все тесты были отрицательными. К тому времени, когда они узнали, что причиной является диклофенак, длинноклювые, тонкоклювые и восточные белоспинные грифы, которые когда-то насчитывали миллионы, были на грани исчезновения.

Vet Watch

Как только проблема была выявлена, ветеринарам в Южной Азии посоветовали перейти на мелоксикам, еще один НПВП, а в Индии был введен запрет на ветеринарное использование диклофенака.«Популяции стервятников стабилизировались и, возможно, даже снова увеличивались в некоторых областях [южной Азии]», — говорит Таггарт, который исследовал популяции стервятников в этом регионе. Чтобы определить, насколько эффективным был запрет, Таггарт и его коллеги начали исследование в 2004 году. Группа изучила влияние на стервятников и действительно ли ветеринары меняли лекарства. ¹

Ученые обследовали 29 ветеринарных клиник Индии. Они узнали, что ветеринары начали использовать диклофенак в 1994 году, в том же году, когда число восточных белоспинных стервятников начало падать.Мелоксикам не использовался широко примерно до 2004 года.

За шестилетний период команда собрала 6207 образцов печени мертвого скота, выброшенного на свалки туш. Эти свалки содержали в основном крупный рогатый скот и водяных буйволов, но группа также взяла пробы овец, коз, лошадей, собак и верблюдов. Они узнали, что использование диклофенака сократилось вдвое за три года, что сделало туши менее токсичными для стервятников. «К сожалению, большие флаконы для инъекций объемом 50 мл (четко обозначенные« только для людей ») остались на рынке», — говорит Таггарт.«Из-за привычки, низкой цены и эффективности люди все еще обращались к ним и использовали их незаконно».

Диклофенак в Европе

Поэтому, когда Испания разрешила продажу препарата в марте 2013 года для использования в ветеринарии, возник протест. «Текущие протоколы разрешения этого лекарства не учитывают смертельное воздействие на стервятников», — говорит Антони Маргалида из отдела животноводства Университета Лериды, Испания. «Это демонстрирует разрыв между научными публикациями и их применением.Как и Испания, Италия разрешила использование диклофенака для крупного рогатого скота, свиней и лошадей. Италия экспортирует препарат в Чехию, Латвию, Эстонию, Сербию и Турцию.

Примерно 95% европейских стервятников живут в Испании. Остальные разбросаны по Италии, Португалии и Франции. «Стервятники могут преодолевать сотни километров за один день», — говорит Таггарт. «Птица могла кормиться в Испании, а затем умереть во Франции через 24–48 часов».

Стервятники были не единственными птицами, погибшими после употребления мяса с добавлением диклофенака.В начале 2012 года два степных орла были найдены мертвыми на свалке туш крупного рогатого скота в Индии. Ветеринары обнаружили, что у обеих птиц подагра — явный признак отравления диклофенаком. «Это может иметь значение для таких видов, как испанские имперские орлы. Общая численность населения Земли уже очень мала », — говорит Таггарт. «Если восприимчивость к диклофенаку выходит за рамки стервятников и орлов, это имеет глобальное значение».

В июле 2012 года безжизненный гриф-гриф был обнаружен в охотничьем заповеднике в Андалусии, Испания.У хищника была подагра. Образцы печени и почек показали высокий уровень флуниксина, другого НПВП. «Многие другие НПВП могут быть токсичными для птиц-падальщиков», — говорит Таггарт. «Нам срочно нужны дополнительные данные испытаний на безопасность, чтобы оценить это. Лицензирование использования диклофенака у животных, которые, как мы знаем, могут попасть в пищевую цепочку европейских стервятников, — это слишком большой риск ».

Culture Vulture — Texas Monthly

Расположение: Хьюстон

Что вам понадобится: Открытость, кредитная карта

Я знаю, что идея уик-энда в Хьюстоне — летом, не меньше — может показаться некоторым людям кукушкой.( Ах да? А как насчет Питтсбурга в феврале? ) Этим людям я могу только извиниться за их невежество. Я долгое время был чемпионом своего приемного родного города и остаюсь им, несмотря на то, что в нем много, слишком часто повторяющихся проблем. По правде говоря, Хьюстон — один из крупнейших международных городов с одними из самых интересных людей на планете. Если вы последуете моему плану, я обещаю, что вы тоже станете новообращенным.

СУББОТА

Вырвитесь из своего роскошного номера в отеле Icon и отправляйтесь на северную сторону на мексиканский завтрак с похмельными хипстерами и семьями Heights в Teotihuacan Mexican Café (не говоря уже о ресторане отеля Voice, который является одним из лучших в городе ).Затем отправляйтесь в парк Германн, который подвергся эффектной косметической реконструкции, с мерцающим отражающим бассейном, тенистыми дорожками и причудливыми весельными лодками. Это очень похоже на Центральный парк, только люди, собаки и утки милее. Музеев предостаточно: рядом с Музеем современного искусства находится Центр Юнга, в котором находится один из самых необычных книжных магазинов Хьюстона. Затем пройдите несколько кварталов до Северного и Южного бульваров, где под тенистыми живыми дубами расположены одни из самых великолепных особняков Хьюстона.

После всей этой культуры пришло время барбекю.Я люблю Pizzitola’s на севере, где по субботам можно не только вкусно поесть, но и понаблюдать за людьми из дома. Древний тип Ривер Оукс, который приходит со своими двумя медсестрами, особенно хорошо сочетается с грудинкой.

Тогда вы можете делать покупки поблизости, на Девятнадцатой улице в районе Хайтс, или посетить Вестхаймер-Стрип на юге — и одновременно весело, и весело. Но зачем пропустить поход в галерею? Даже если вы не можете купить, осмотр окон в этом грандиозном храме излишеств с мета-кондиционированием — это настоящий взрыв, как и наблюдение за всеми людьми, большинство из которых приехали откуда-то еще, но на самом деле могут позволить себе Vuitton и Chanel.

К вечеру вам понадобится место, где можно похвастаться всем, чем вы не могли устоять перед покупкой. Отправляйтесь на риф, потрясающее место в переоборудованном представительстве Pontiac, которое предлагает блестящую обновленную информацию о фирменных блюдах побережья Мексиканского залива. Это неформально и дружелюбно, но обратите внимание на женщин в джинсах с их камнями и мужчин, выпрыгивающих из своих Bentley. Если вы предпочитаете этническую кухню, попробуйте киран, где подают настоящую индийскую кухню. Затем, чтобы отравить девушку, бар-бар с патио, где часто встречаются местные писатели, читающие свои новейшие произведения.

ВОСКРЕСЕНЬЕ

Да, в Хьюстоне можно найти отличный гастроном. Начните с раннего завтрака в ресторане Kenny and Ziggy’s, а затем отправляйтесь на юг в Объединенную методистскую церковь Виндзор-Виллидж, чтобы послушать проповедь Кирбиджона Колдуэлла. В Хьюстоне нет более гостеприимного места. Затем в Монтроуз на долгий ленивый обед в Dolce Vita, где подают самую хрустящую корочку пиццы по эту сторону Неаполя. Это и стакан хорошего итальянского красного — неужели жизнь может стать лучше?

Houston Directory

Музей современного искусства Хьюстон 5216 Montrose Blvd., 713-284-8250 или camh.org.

Dolce Vita 500 Westheimer Rd., 713-520-8222 или dolcevitahouston.com.

Galleria 5085 Westheimer Rd., 713-622-0663 или galleriahouston.com.

Hermann Park 713-524-5876 или hermannpark.org.

Hotel Icon 220 Main, 713-224-4266 или hotelicon.com. Цены начинаются от 159 долларов за ночь.

Центр Юнга 5200 Montrose Blvd., 713-524-8253 или junghouston.org.

Kenny And Ziggy’s 2327 Post Oak Blvd., 713-871-8883 или kennyandziggys.com.

Kiran’s 4100 Westheimer Rd., 713-960-8472 или kiranshouston.com.

Pizzitola’s Bar-B-Que 1703 Shepherd Dr., 713-227-2283 или pizzitolas.com.

Poison Girl 1641 Westheimer Rd., 713-527-9929.

Reef 2600 Travis, 713-526-8282 или reefhouston.com.

Teotihuacan Mexican Café 1511 Airline Dr., 713-426-4420.

Объединенная методистская церковь Виндзор-Виллидж 6011 W.Орем доктор, 713-723-8187 или Kingdombuilders.com.

Защитная роль микробиомов лица и кишечника стервятников помогает адаптироваться к уборке мусора

Предпосылки

Стервятники — падальщики, чьи глобальные популяции находятся под серьезной угрозой, и необходимо лучшее понимание различных аспектов их биологии [1,2]. Стервятники известны как природные уборщики, поскольку они питаются мышцами и внутренностями туш животных, погибших в основном от недоедания, несчастных случаев, естественных или инфекционных заболеваний, поэтому ожидается, что они несут патогены, вызывающие сибирскую язву, туберкулез, бруцеллез. , так далее.[3]. Туши — очень богатый питательными веществами ресурс, и было высказано предположение, что выброс токсинов и генов патогенности в микробиом туши является частью микробной стратегии по борьбе с другими микробами [4,5]. Основными колонизаторами туши являются микробы, происходящие из нормальной флоры мертвого животного, которые могут стать патогенными в окружающей среде туши [6], а также бактерии, обитающие в почве, нематоды, грибы и насекомые [7]. Несмотря на потенциально серьезные последствия для здоровья, связанные с их употреблением, патогенный репертуар кишечника этих видов птиц не был полностью охарактеризован с точки зрения их возможного воздействия на окружающую среду.Таким образом, одним из самых интригующих аспектов биологии стервятников является то, как они защищают себя от проблем со здоровьем, создаваемых их пищевым источником. Физиологический, генетический и геномный анализы различных видов стервятников исследовали этот аспект и идентифицировали гены, связанные с дыханием, иммунитетом и желудочной секрецией, в качестве кандидатов на адаптацию к их питательной диете [8,9].

С геномной революцией стало очевидно, что помимо геномных изменений, микробиота, связанная с хозяином, играет важную роль в специализации рациона позвоночных [10] и что микробиом кишечника может играть очень важную, но неизученную роль в обусловленном диетой видообразовании [11]. ].Микробиом кишечника связан с особенностями пищеварения, такими как сбор энергии, усвоение питательных веществ и гомеостаз кишечника [12], среди других фенотипов, связанных с иммунной и нейроэндокринной системами [13-15]. Кроме того, также была продемонстрирована роль микробиома в защите здоровья хозяина [16,17], а его нарушения приводят к таким заболеваниям, как синдром раздраженного кишечника, воспалительные заболевания кишечника, ожирение и диабет [18–20]. В свете ключевых ролей, которые отношения хозяин-микробиом могут играть в адаптации, было признано, что геномная адаптация сама по себе не может дать полного ответа на адаптацию стервятника для уборки мусора [8].Однако ни полное таксономическое разнообразие микробов (включая небактериальные микробы), ни каталог генов микробиомов лица и кишечника каких-либо видов стервятников не изучались на предмет их защитной роли против микробов, которые обычно представляют серьезный риск для здоровья других позвоночных, не питающихся падалью. разновидность.

Чтобы оценить защитную роль микробиома лица и кишечника стервятника, мы создали наборы метагеномных данных из мазков с лица и кишечника для двух видов стервятников Нового Света, черного стервятника ( Coragyps atratus ) и стервятника-индейки (). Cathartes aura ) и выполнили метагеномный таксономический и функциональный анализ.Мы определили широкий спектр таксонов и генов, которые могут вызывать серьезные заболевания, например сепсис, гангрена и пищевое отравление животным без защиты, обеспечиваемой специальным микробиомом. Такая защита может состоять из элементов защиты здоровья не только от бактериальных пробиотиков, но также от фагов и хищных эукариот. Наши результаты показывают, что микробиота стервятника играет важную роль в защите здоровья в его адаптации к питательной среде.

Методы

Метод отбора проб и секвенирование ДНК

Мы проанализировали подмножество набора образцов, использованного Roggenbuck et al. [21]. Вкратце, стервятников собирали в течение нескольких дней в Тенесси, США. Coragyps atratus были отловлены на тушах оленей, а затем доставлены на центральный объект в течение нескольких часов после отлова. Затем они были усыплены CO ₂ , вскрыты и взяты образцы в течение 30-45 минут после смерти. Cathartes aura грифов были отстреляны на насестах, упакованы по отдельности и доставлены на перерабатывающий завод, где их охлаждали за 2-6 часов до вскрытия трупа и отбора проб.Образцы хранили в RNAlater, экстрагировали ДНК и готовили библиотеки для HiSeq PE 100 с использованием набора для сборки библиотек Nextera, следуя инструкциям производителя, как в Roggenbuck et al. [21]. Мы использовали в общей сложности 22 образца толстой кишки индюшатника ( Cathartes aura ) и 25 черных грифов ( Coragyps atratus ), а также 16 образцов лицевой части индейки и 17 образцов лица черного стервятника.

Обработка данных

Для обработки необработанных чтений использовались два конвейера.В первом подходе мы удалили последовательности адаптеров и базы с качеством <15 с помощью Trimmomatic v0.32 [22]. Впоследствии, чтобы отфильтровать небактериальные считывания о птичьем, человеческом и фаговом происхождении Phi , наборы данных были сопоставлены с набором данных геномов птиц филогеномного проекта птиц [23] (который включает геном стервятника-индейки), геномы человека (hg19) и фага Phi , и сохранялись только считывания, не связанные с картированием. Второй подход был разработан для того, чтобы учесть возможное смещение k -меров в первых основаниях считываний, которое могло иметь последствия для последующей сборки de novo и предсказания гена.С этой целью мы урезали первые 16 баз чтения с помощью Trimmomatic v0.32, чтобы удалить смещение k -mer. Затем мы обработали эти считывания с помощью MOCAT [24], чтобы очистить их от низкокачественных оснований и адаптеров и сравнить их с геномами фага Phi , человека и стервятника индейки.

Таксономическое профилирование

Мы использовали MGmapper [25] для сопоставления с bwa v0.7.10 [26] отфильтрованных очищенных чтений в следующих базах данных в полном режиме: MetaHitAssembly [27], HumanMicrobiome [28], ResFinder [29], Plasmid , Вирулентность, GreenGenes [30] и Сильва [31].Мы также сопоставили в цепном режиме следующие полные геномные базы данных, загруженные из GenBank в указанном порядке: человек, растения, позвоночные, беспозвоночные, простейшие, грибы и вирусы. Остальные считывания, не связанные с картированием, были сопоставлены в цепном режиме с базами данных полных геномов бактерий. Результаты MGmapper использовались для получения кривых разрежения из каждого набора данных с использованием собственного скрипта. Используя уникальные считывания карт, мы рассчитали охват (процент контрольной последовательности, охваченной считываниями) каждого идентифицированного вида и отфильтровали на его основе следующим образом:

1. Мы использовали ослабленную фильтрацию, чтобы гарантировать идентификацию таксонов с низкой численностью , в котором мы удалили отождествления с 90% сигнала обилия, исходящего только от 3 образцов.

2. Мы использовали более строгую фильтрацию, при которой, помимо удаления видов с низким сигналом численности, мы сохранили виды, идентифицированные с охватом более чем 1 ^{-й квартиль} (Qu) из распределения охвата соответствующей базы данных. . С помощью отфильтрованных таксонов мы идентифицировали те виды, которые присутствовали по крайней мере в 90% и 50% всех образцов, таким образом определяя более расслабленное и более строгое таксономическое общее ядро ​​микробиома лица и кишечника.

Для каждой базы данных мы сравнили таксоны, присутствующие только в наборах данных для лица и кишечника, таксоны, присутствующие в обоих, и таксоны, численность которых существенно различается ( P <0.05). Чтобы идентифицировать виды с различной численностью, мы выполнили t-тест на нормализованном распределении численности видов во всем наборе данных по лицу по сравнению со всем набором данных о кишечнике. Мы также оценили таксономические вариации внутри и между выборками между образцами лица и кишечника, вычислив евклидовы расстояния их нормализованной численности с использованием метода ward.D в R [32].

В качестве второго подхода мы использовали только считывание уникальных карт из MGmapper и сохранили таксономические идентификации до уровня вида, удалив малочисленные (90% сигнала, поступающего из менее чем 3 образцов) и нормализовав подсчеты.Мы использовали эти присвоения для проверки корреляции численности микробов путем вычисления корреляции Спирмена для каждого попарного сравнения микробов и рассчитали значения p ( P ) с поправкой Бонферрони для тех, у которых значение корреляции> 0,8 и <-0,7. Мы также исследовали обогащение и истощение таксонов в микробиоме лица и кишечника, получая их среднюю численность в образцах и сравнивая с общим распределением для расчета скорректированного Бонферрони P .Из этих заданий мы также получили конкретное лицо и ядро ​​кишечника. Мы определили два типа ядер: строгий, в котором мы сохраняем те, которые присутствуют как минимум в 80% образцов, и расслабленный, в котором мы сохраняем те, которые присутствуют как минимум в 50% образцов.

Мы также определили таксоны самых распространенных белков (те, которые имеют более 2000 считываний карт в наборе данных о лицах и 5000 в наборе данных о кишечнике) и проанализировали их основные компоненты (ПК) и их матрицу вращения, чтобы определить, какие таксоны управляют изменение микробиоты лица и кишечника внутри образцов.Мы определили как «драйверы вариаций» те, у которых значение матрицы абсолютного вращения больше, чем значение 3 ^rd Qu распределений из ПК1, ПК2 и ПК3, и как «драйверы без вариаций» — те, у которых пороговое значение меньше этого порога.

Помимо идентификации MGmapper, мы использовали MOCAT в качестве третьего метода таксономической идентификации. Для этого подхода мы использовали строгую неизбыточную таксономическую аннотацию каталога генов MOCAT с минимальной длиной 80 аминокислот, без малочисленных, только бактерий, грибов и вирусов и с аннотацией Uniprot (см. Методы — Функциональное профилирование), которые мы проанализировали. с использованием MEGAN [33] в качестве входных данных поиск по Uniprot с использованием usearch [34].Мы использовали MEGAN для аннотирования микробных атрибутов и сравнения их нормализованного содержания в микробиомах кишечника и лица.

Патогенная характеристика

Мы искали потенциальные патогены в отфильтрованных бактериальных и плазмидных идентификациях. С этой целью мы загрузили список бактерий, отмеченных заболеванием, из базы данных Pathosystems Resource Integration Center (PATRIC) [35]. В PATRIC бактерии помечаются как патогенные, если они были зарегистрированы с экспериментальными данными как возбудители заболевания у вида.Мы дополнительно добавили уровень классификации патогенности бактериального штамма, используя список от van Belkum [36], который был разработан Commissie Genetische Modificatie (COGEM). Классы патогенности определены следующим образом. Класс 1 представляет виды, которые обычно не являются патогенными, хотя могут быть различия в вирулентности между штаммами видов, которые следует принимать во внимание. Класс 2 включает виды, которые могут вызывать болезни у людей или животных и которые маловероятны для распространения среди людей.А класс 3 включает виды, которые вызывают серьезные заболевания человека и могут распространяться среди людей. Используя метаданные патогенных штаммов, загруженные из PATRIC, мы также определили, способны ли бактерии к споруляции и устойчивости к противомикробным препаратам, вместе с заболеванием и указанным хозяином. Для идентификации патогенных плазмид мы использовали список, представленный Ho-Sui et al. [37], где они проанализировали ассоциацию факторов вирулентности с геномными островками патогенных бактерий.

Мы использовали R v3.1.1 [32] для изучения распределения общего числа идентифицированных патогенных бактерий. Мы сгруппировали образцы по i ) видам стервятников (индейка и черный стервятник) и ii ) по месту отбора проб тела (лицо и кишечник). Затем мы протестировали с помощью двустороннего и одностороннего (альтернативно большего) t-теста, если средние значения распределений значительно различались. Затем мы исследовали количество образцов, в которых присутствовал каждый патогенный бактериальный штамм, плазмида, ген устойчивости и фактор вирулентности.Чтобы получить потенциально патогенное ядро, мы идентифицировали их в 50% и 90% образцов и сравнили те, которые уникальны для лица и кишечника.

Анализ численности патогенных бактерий

Чтобы проанализировать численность потенциально патогенных микробов в образцах, мы сначала изменили масштаб числа уникальных картографических считываний бактерий на их процентное содержание в образце. Впоследствии бактерии, присутствующие в небольшом количестве (те, у которых 90% сигнала поступало от 3 или менее образцов), были удалены.Чтобы увидеть, различаются ли образцы по выбранным частям тела (лицо или кишечник), мы использовали масштабированные значения для построения дендрограммы с использованием иерархической кластеризации на евклидовом расстоянии. Впоследствии мы исследовали, какие из сохраненных потенциально патогенных бактерий присутствовали только на лице или в кишечнике, а какие — в обоих. Затем мы использовали t-критерий, чтобы оценить, различалась ли численность присутствующих на лице и кишечнике статистически по месту отбора пробы и по видам стервятников.

Таксономическое сравнение 16S бактерий

Мы сравнили таксономическую идентификацию бактерий из наборов данных для кишечника и лица, полученных с помощью анализа 16S Roggenbuck et al. [21] против бактериальной идентификации из наших наборов данных метагеномики с помощью MGmapper и таксономической аннотации de novo собранных генов с помощью Uniprot. Впоследствии мы также использовали таксономические идентификаторы, полученные из неотмеченных считываний с помощью DIAMOND [38] для сравнения.

Функциональное профилирование

Используя сопоставление считываний с интересующими базами данных с помощью MGmapper и несопоставленных считываний, мы выполнили сборку de novo с помощью IDBA-UD [39] и предсказали гены с помощью Prodigal [40]. Впоследствии мы сгенерировали каталог неизбыточных (nr) генов с помощью usearch [34] путем кластеризации предсказанных генов с 90% идентичностью и сохранением центроидных последовательностей. Затем в каталоге генов nr был произведен поиск с помощью ublast [34] против Uniprot [41], и полученные идентификации были функционально и таксономически аннотированы с использованием настроенного скрипта Python.Наконец, мы использовали DIAMOND v0.6.4 [38] blastx для поиска несопоставленных чтений в Uniprot, сохраняя только лучшее совпадение для последующей функциональной и таксономической аннотации. Мы сохранили как часть функционального ядра те гены, которые присутствуют в более чем заданном количестве образцов в соответствии с их распределением присутствия.

Для дальнейшей оценки на функциональном уровне мы преобразовали идентификаторы Uniprot id в KEGG [42] E.C id и соответствующий путь. Используя классифицированные белки, мы построили матрицу для выполнения анализа главных компонентов (PCA).Глядя на матрицу вращения из PCA, мы идентифицировали те пути с абсолютным значением вращения 1 ^st , 2 ^nd и 3 ^rd PC в пределах минимального и 1 ^st Qu значений их распределений. Чтобы определить, какие пути вызывают большую часть различий между микробиомами лица и кишечника, мы определили те пути, для которых абсолютное значение вращения их 1 ^st , 2 и 3 ^rd ПК было больше или равно к значению 3 ^rd Qu их распределений.Чтобы проверить, схожи ли функциональные профили микробиомов лица и кишечника, несмотря на большие вариации типов внутри выборки, мы выполнили повторные выборки количества белков, соответствующих каждому пути класса, по минимальной численности распределения. Мы также получили евклидовы расстояния по измененным значениям матриц, используемых для PCA.

В качестве второго метода мы использовали MOCAT с SOAPdenovo v1.05 [43] для сборки de novo с очищенными чтениями при втором подходе.Впоследствии мы исправили сборку для инделей и химерных регионов с помощью SOAPdenovo. Затем с помощью prodigal мы предсказали гены из всех образцов, объединили их и построили каталог генов nr с uclust [34], используя 90% -ный порог идентичности. Это было сделано отдельно для наборов данных лица и кишечника. В подходе к определению ядра MGmapper каталог генов nr был получен для каждого образца, затем каталоги были объединены, и уникальные гены были сохранены для сравнения их наличия или отсутствия в образцах.Напротив, в этом подходе с использованием MOCAT мы построили ядра на основе количества считываний, отображаемых в каталоге генов nr. С этой целью мы сначала сопоставили чтения каждого образца с каталогом генов nr, затем изменили масштаб значений счетчиков, удалили гены с низким содержанием (гены с картированием менее 200 считываний), без аннотации Uniprot и те, которые не были получены из бактерии, археи, вирусы или грибы. Кроме того, для аннотации в белках должно быть не менее 80 аминокислот, выровненных по хиту Uniprot.Из этих белков мы также получили строгое (не менее 80% образцов) и более расслабленное (не менее 50% образцов) ядро. Мы также определили самые распространенные белки (те, у которых более 2000 считываний карт на лице и 5000 — в образцах кишечника). На расслабленном функциональном ядре мы выполнили функциональный анализ путей их E.C. id с помощью KEGG.

Устойчивость к антибиотикам

Для поиска генов устойчивости к антибиотикам, помимо поиска в базе данных ResFinder с помощью MGmapper, мы загрузили Resfams v1.2 [44], курируемая база данных по генам устойчивости к антибиотикам и связанный профиль скрытых марковских моделей. Мы провели поиск набора de novo собранных генов nr каждого образца по профилям Resfams, используя hmmscan HMMER v3.0 [45].

Структура повреждений

Для проверки повреждений ДНК, вызванных кислотными условиями желудочно-кишечного тракта стервятника, мы использовали считывания, сопоставленные с наборами генов nr из наборов данных лица и кишечника, и использовали их в качестве входных данных для MapDamage [46], который рассчитывает неправильное включение нуклеотидов в 5 ‘и 3’ крайних точках считывания ДНК.

Результаты

Набор метагеномных данных

Из общего количества 48 различных индивидуумов (25 Coragyps atratus и 23 Cathartes aura ) мы использовали 33 образца лица (17 Coragyps atratus ; 16 Cathartes aura ) и 47 образцов кишечника ( 25 C. atratus ; 22 C. aura ). Мы произвели в общей сложности 342 279 763 пары сырых считываний из образцов лица и 512 803 778 из образцов кишечника. После очистки и удаления эндогенной ДНК путем сопоставления геномов птиц в рамках филогеномного проекта птиц [23] мы получили 79 938 910 пар считывания из лицевых образцов (со средним значением 1,378 000 пар считывания на образец) и 144 877 366 из образцов кишечника (с медиана 1,118,000 на образец) (дополнительный файл 1, таблица S1).

Чтобы доказать последовательность таксономического профилирования между двумя видами, мы сравнили количество идентифицированных таксонов у каждого вида. Мы отфильтровали идентификацию MGmapper [25] каждой полногеномной базы данных по глубине и ширине (процент охваченной эталонной последовательности) охвата и определили таксоны, дифференциально распространенные в образцах лица и кишечника (таблицы S2, S3). Количество идентифицированных бактерий существенно не различается между видами стервятников ( P, = 0,52, C.atratus среднее значение = 366,97, C. aura среднее значение = 334,65). Ни для грибов ( P = 0,43, C. atratus среднее = 9, C. aura среднее = 7,5), вирусов ( P = 0,33, C. atratus среднее = 21, C. aura среднее = 28,2), плазмиды ( P = 0,68, C. atratus среднее = 186,85, C. aura среднее = 173,65) и простейшие ( P = 0,21, C. atratus среднее = 12. , C. aura среднее = 9,62). Кроме того, количество идентифицированных белков с устойчивостью к антибиотикам не различается между видами стервятников ( P = 0.64, C. atratus среднее = 107,5, C. aura среднее = 100,78). Мы сравнили нашу метагеномную идентификацию бактерий с идентификацией Roggenbuck et al. [21]. Всего с помощью 16S было идентифицировано 735 бактерий, из которых 93 не обнаружены среди наших метагеномных идентификаций со строгой фильтрацией. При использовании идентификаций с предварительной фильтрацией и идентификаций из Silva и GreenGenes только 14 родов не были идентифицированы (дополнительный файл 1).

Таксономическая характеристика

По сравнению с кишечником, микробиом лица имеет более высокое микробное разнообразие с точки зрения количества таксонов и различий между индивидуумами ( P простейших = 0.021, P грибов = 0,029, P бактерий = 0,000196) (Рисунки S1-S3), однако нет существенной разницы в численности ( P простейшие = 0,514, P грибов = 0,47, P ). бактерии = 0,71). Хотя количество идентифицированных вирусов существенно не различается между лицом и кишечником ( P = 0,58), они статистически менее многочисленны и изменчивы на лице, чем в микробиоме кишечника ( P численность = 0,00017, евклидово расстояние лица = 9. .04, кишка Евклидово расстояние = 13,14). Большинство бактерий, присутствующих в более высоком количестве в микробиоме лица, относятся к Pseudomonas , Bacteroides и Prevotella , в то время как большинство бактерий, присутствующих в более высоком количестве в микробиоме кишечника, — это Escherichia , Campylobacter и Clostridium (дополнительный файл 2, рисунок S4).

Мы идентифицировали в общей сложности 143 бактериальных штамма, значительно более распространенных в микробиоме лица, 46 после широкой фильтрации (в основном принадлежащие Pseudomonas ).В кишечнике мы идентифицировали 56 бактериальных штаммов, 33 после широкой фильтрации (в основном принадлежащие Escherichia и Campylobacter ). Те, которые более многочисленны в наборе данных, могут быть классифицированы на i ) потенциальных патогенов, ii ), связанных с биоремедиацией (устойчивые к ионизирующим воздействиям, восстановители тяжелых металлов или разлагающие нефть), и iii ) потенциально полезные (производители антибиотиков). , инсектициды и противогрибковые средства), обычно кишечные бактерии и связанные с водой, растениями или почвой.И те, которых значительно больше в наборе данных о кишечнике, можно классифицировать как i ) потенциальные патогены, ii ) потенциально полезные, обычно кишечные или фекальные бактерии курицы, и iii ) ферментеры и продуценты кишечных метаболитов или промежуточных метаболических веществ. .

Из сопоставления считываний с каталогами наборов генов nr, полученными с помощью MOCAT, таксоны самых распространенных белков в микробиоме лица относятся к Sporidiobolales (грибы), Orthoretrovirinae (вирус), Pleosporaceae ( грибов), Bacillus cereus , Streptococcus и Clostridiales .Находясь в микробиоме кишечника, они принадлежат к Bordetella , Mycobacterium , Chlamydia , Clostridium , Blautia (вид, идентифицированный в кишечнике млекопитающих [47,48]) и Carnobacterium (определенные виды имеют ). консервирующие свойства мясных продуктов за счет ингибирования роста Listeria monocytogenes [49,50]). Результаты поиска Uniprot, проанализированные с помощью MEGAN (рис.1, 2), показывают, что в микробиоме лица доминирующей популяцией являются Proteobacteria , за которыми следуют Bacteriodetes , Firmicutes и Actinobacteria , с Fusobacteria . на 12 ^-м месте.Более глубокое изучение Proteobacteria из лицевого микробиома показывает, что наиболее распространенными таксонами являются Burkholderiales из Betaproteobacteria и Pseudomonadales из Gammaproteobacteria (рис. 1B). Внутри Pseudomonadales наиболее распространенным таксоном является Psychrobacter (в основном P. cryohalolentis и C. articus ), за которым следует Pseudomonas (в основном P.stutzeri , P. aeruginosa и P. putida ) (рис. 1D-F). Из Bacteroidetes наиболее распространенными таксонами являются Prevotellaceae (в основном P. ruminicola ) и Flavobacteriaceae (в основном из неклассифицированных Flavobacteriaceae , за которыми следует Flavobacterium ) (Fig.

Рис. 1. Таксономический профиль микробиоты лица с каталогом генов nr, отфильтрованным MEGAN.

( A ) Уровень типа, ( B ) Proteobacteria, ( C ) Bacteroidetes, ( D ) Pseudomonadales, ( E ) Pseudomonas и ( F .

Рис. 2. Таксономический профиль кишечной микробиоты с каталогом генов nr, отфильтрованным MEGAN.

( A ) Уровень филума, ( B ) Firmicutes, ( C ) Proteobacteria, ( D ) Clostridiales, ( E ) Clostridium и ( F ) acterium. Fusobacterium.

Микробиом кишечника состоит из Firmicutes как наиболее распространенных типов, за которыми следуют Proteobacteria , Fusobacteria на третьем месте и гораздо менее многочисленные Bacteroidetes на четвертом месте.Более глубокое изучение микробиома кишечника Firmicutes показывает, что наиболее распространенными таксонами являются Clostridia (рис. 2B), среди Clostridiales наиболее распространенным таксон является Clostridiaceae , за которым следуют Peptostreptocraceae 0008000 и Peptostreptocraceae 0008 Рис. 2D). Из Clostridium наиболее многочисленными таксонами являются потенциальные патогены C. perfringes и C. butilinium , за которыми следуют полезные C.carboxinovorans , C. sporogenes и C. butyricum (рис. 2E). Из Proteobacteria наиболее распространенными таксонами являются Burkholderiales из Betaproteobacteria , Epsilonproteobacteria из подразделения дельта / эпсилон и энтеробактерий (в основном из Gruppa 2 Eschermap8 из G, ). ). Если посмотреть на Fusobacteria , то наиболее многочисленными таксонами являются потенциальные патогены Fusobacterium mortiferum , F.varium и F. ulcerans , за которыми следует орально родственный Fusobacterium (рис. 2F).

Многие Clostridia , обычно являющиеся частью нормального кишечного микробиома человека, обнаруживаются в кишечнике стервятника, вероятно, выполняя соответствующие пищеварительные функции (дополнительный файл 3). Например, мы идентифицировали как значительно более распространенную в кишечнике C. saccharolyticum , выделенную из ила сточных вод бактерии, которые ферментируют различные углеводы до уксусной кислоты, водорода, углекислого газа и этанола [51], функции, для которых мы идентифицировали родственные гены.Кроме того, деструкторы целлюлозы C. cellulovorans и C. lentocellum [52] значительно более распространены в микробиоме кишечника, для которого мы идентифицировали гены, связанные с деградацией целлюлозы. Микробиом кишечника стервятника также содержит Bacteroides xylanisolvens , который расщепляет ксилан в кишечнике человека [53], и для которого мы идентифицировали ген, связанный с этой функцией. Кроме того, в микробиоме кишечника значительно больше, чем на лице, C. beijerinckii , который производит бутанол, ацетон и изопропанол с использованием различных субстратов, таких как пентозы, гексозы и крахмал [54], и C.saccharobutylicum , бактерии, продуцирующие бутанол и этанол [55].

Мы также идентифицировали гены, кодирующие белок, участвующие в биосинтезе витаминов в функциональном ядре строгого MOCAT nr кишечника. Например, мы идентифицировали D-трео-альдозо-1-дегидрогеназу, участвующую в метаболизме аскорбата и альдарата, биосинтезе кобаламина, биосинтезе рибофлавина, биосинтезе тиамина (витамин B ₁ ), 2-кетопантоатредуктазу, участвующую в производстве витамина B ₅ [56], от родов Hydrogenophaga , Herbaspirillum и Gordonia .Во втором типе ядра MGmapper, в ядре гена без учета таксонов, мы выявили большее количество генов, аннотированных как принадлежащих к метаболизму кофакторов и витаминов, чем на лицо, таких как биосинтез фолиевой кислоты, витамин B ₆ метаболизм, метаболизм рибофлавина и метаболизм ретинола. Мы также идентифицировали гены биосинтеза различных незаменимых аминокислот.

Сравнение вариаций микробиома лица и кишечника

На основе PCA по численности идентифицированных видов в наборах данных лица и кишечника (рис.3AB), мы обнаружили, что 117 из 803 видов, идентифицированных как приводящие к изменчивости микробиома лица, являются патогенными бактериями для млекопитающего-хозяина (например, виды из родов Bordetella , Gordonia , Shigella , Yersinia , Brucella , Prevotella и Treponema ), связанные с почвой или растением, а некоторые — с поверхностями слизистых оболочек и нормальной микрофлорой полости рта ( Neisseria и Nocardia ). К 406 видам, не влияющим на большую часть вариаций, относятся роды, связанные с биоремедиацией (например,грамм. Acinetobacter ), а также других патогенов ( Arcobacter и Brucella ). Среди них фаги Clostridium , Pseudomonas , Shigella и Staphylococcus , а фаги Samonella , Aeromonas и Erwinia — среди вариантов.

Рис. 3. PC1 vs PC2 обилия на уровне таксономических видов.

( A ) микробиом лица, ( B ) микробиом кишечника и ( C ) виды присутствуют как на лице (красный), так и на кишечнике (зеленый).

В образцах кишечника мы идентифицировали 604 вида, которые значительно отличались между образцами, и 348 видов, не являющихся драйверами вариаций. Драйверы изменчивости включают 112 потенциально патогенных бактерий, таких как виды из родов Listeria , Shigella , Yersinia , Bordetella , Shewanella , Erwinia и Vibrio . А не-драйверы включают виды из родов Escherichia , Bacillus , Brucella и Clostridium и другие.Невариантные драйверные фаги включают фаги для Escherichia , Enterobacteria и Shigella . В то время как эти управляющие вариации включают фаги для Clostridium , Yersinia и Pseudomonas .

Изучая 879 видов микробов, общих для образцов лица и кишечника (рис. 3C), мы определили 553 вида как движущие факторы (62,9%) и 326 видов как движущие факторы без вариаций (37,1%). Среди драйверов вариации — Yersinia , Ralstonia , Rhizobium , Bifidobacterium , Bordetella , Listeria и Burkholderia .Эти неизменяемые драйверы включают Brucella , Treponema , Clostridium и Campylobacter . Если посмотреть на фаги, то только фагов Pseudomonas являются драйверами вариаций, в то время как неизменяющиеся драйверы включают фаги для Clostridium , Enterobacteria , Erwinia и Shigella .

Характеристика функционального потенциала

PCA каталога набора генов MGmapper nr объединенного микробиома лица и кишечника, аннотированного KEGG, демонстрирует меньшие вариации, чем таксономический профиль.PC1 анализа каждого класса путей объясняет 78% -99% дисперсии. Из графиков PC1vsPC2 ясно, что PC1 разделяет образцы по их функциональному составу, который аналогичен, в то время как PC2 разделяет их по происхождению выборки (лицо или кишечник) (рис. 4, рис. S5). Чтобы проверить, очень ли похож профиль функционального потенциала микробиомов лица и кишечника, несмотря на большую вариацию типов внутри выборки, мы уменьшили количество белков, соответствующих пути данного класса, по минимуму распределения.Полученные в результате PCA с пониженной выборкой показывают уменьшенный масштаб в PC1, в то время как масштаб PC2 не меняется, и образцы в значительной степени перекрываются (рис. 5), подтверждая наше наблюдение функционального сходства, несмотря на различия.

Рис. 4. ПК1 и ПК2 каждого класса путей.

Красные точки — это образцы из набора данных лица, зеленые точки — из набора данных кишечника. Рассматриваются следующие классы путей (слева направо, сверху вниз): метаболизм аминокислот, метаболизм других вторичных метаболитов, углеводный обмен, энергетический обмен, биосинтез и метаболизм гликанов, метаболизм липидов, метаболизм кофакторов и витаминов, метаболизм других аминокислот. кислоты, метаболизм терпеноидов и поликетидов, а также биодеградация и метаболизм ксенобиотиков.

Рис. 5. PC1 по сравнению с PC2 для каждого класса путей с пониженным количеством взятых белков.

Красные точки взяты из образцов лиц, зеленые точки из наборов данных кишечника. Рассматриваются следующие классы путей (слева направо, сверху вниз): метаболизм аминокислот, метаболизм других вторичных метаболитов, метаболизм углеводов, энергетический обмен, биосинтез и метаболизм гликанов, метаболизм липидов, метаболизм кофакторов и витаминов, метаболизм других аминокислот. кислоты, метаболизм терпеноидов и поликетидов, а также биодеградация и метаболизм ксенобиотиков.

Если посмотреть на матрицу вращения из PCA, 60,4% (87) субпутей вызывают вариации между микробиомами лица и кишечника. Анализируя внутреннюю вариацию типа образца, 57% подпутей на лице (81) и 55,94% (80) в наборах данных кишечника управляют сравнением типов внутри образца. Мы определили 59 генов в верхних 5% генах-драйверах вариаций с наибольшей средней разницей в изобилии между лицом и кишечником. Из этих генов 18 соответствуют метаболизму аминокислот (17 присутствуют только в образцах кишечника и 1 только в образцах одного лица), 15 генов связаны с метаболизмом углеводов (все они только в образцах кишечника) и 7 генов соответствуют метаболизму кофакторов и витамины (все только в образцах кишечника).Мы обнаружили, что 44% генов (921 из аннотированных KEGG 2093 объединенных ядра генов с расслабленным лицом и кишечником) не управляют изменчивостью. 46 генов верхних 5% с наименьшей средней разницей в количестве между лицом и кишечником соответствуют метаболизму аминокислот, углеводов, кофакторов и витаминов, биосинтезу и метаболизму гликанов, метаболизму липидов, энергетическому метаболизму, разложению хлорциклогексана и хлорбензола, метаболизму. терпеноидов и поликетидов, а также метаболизм других аминокислот.

На основе измерений евклидова расстояния кишечник имеет меньшую вариацию внутри образца, чем лицо (таблица 1, P = 0,002). Расстояние между микробиомом лица составляет от 3,2 до 6,21, а в микробиоме кишечника — от 2,175 до 3,676. Анализ всех функций вместе (рис. S6), а не по классам путей (рис. 5, рис. S7), показывает, что микробиомы лица и кишечника четко разделяются на 2 разных кластера (PC1 = 0,847, PC2 = 0,075). Функциональная характеристика MOCAT дала в общей сложности 38 403 гена nr из набора данных лица и 50 106 генов nr из набора данных кишечника.Основываясь на нормированном количестве считываний карт, мы идентифицировали 1507 генов в строгом ядре лица, 7215 в расслабленном и 157 очень распространенных генов (всего более 2000 считываний карт). Мы обнаружили 2512 генов в строгом ядре кишечника, 14 028 в расслабленном и 151 наиболее распространенных (с более чем 5000 считываний карт).

Таблица 1. Таблица 1. Расстояния между образцами лица и кишечника и внутри них.

Идентификация основного микробиома и сравнение атрибутов

В отфильтрованном таксономическом профиле MGmapper мы идентифицировали 1483 вида в образцах лиц, 638 из которых присутствуют как минимум в 50% образцов (расслабленное ядро) и только 184 вида — как минимум в 80%. образцов (строгое ядро).В микробиоме кишечника мы обнаружили 1419 видов микробов, из которых только 322 присутствуют как минимум в 50% образцов и 129 — как минимум в 80%. При функциональной характеристике мы идентифицировали в общей сложности 238 065 уникальных бактериальных генов nr в микробиоме лица и 387 951 уникальных бактериальных генов nr в микробиоме кишечника (дополнительный файл 4, таблицы S4, S5).

Мы сравнили таксономический и функциональный состав лица и кишечника, а также специфические микробные атрибуты таксонов, идентифицированных по аннотациям собранных генов (дополнительный файл 2).Мы обнаружили на лице в ~ 26 раз больше микробов, специфичных для среды обитания, чем в микробиоме кишечника (лицо = 8,373, кишечник = 320), и, согласно анаэробной среде кишечника, в микробиоме кишечника примерно в 5 раз больше анаэробных или микроаэрофильных бактерий, чем в микробиоме лица (кишечник = 34 749, лицо = 6 699). Единственными двумя функциональными путями, четко разделенными по типу образца, являются метаболизм липидов и углеводов, за которым в меньшей степени следует биосинтез других вторичных метаболитов, а также биосинтез и метаболизм гликанов (рис.4). Из класса энергетического метаболизма метаболизм метана является одной из наиболее распространенных функций микробиомов лица и кишечника (рис. S7).

Патогенная характеристика

Нет существенной разницы в количестве идентифицированных потенциально патогенных плазмид между микробиомами лица и кишечника ( P = 0,44, среднее значение лица = 11,3, среднее значение кишечника = 9,82) (Рисунок S8A), и есть статистической разницы в их численности нет ( P = 0,775). Кроме того, в 90% образцов нет потенциально патогенной плазмиды.Среди тех, что присутствуют по крайней мере в 50% образцов, присутствуют плазмиды из Burkholderia vietnamiensis , Escherichia coli и Ochrobactrum anthropic . Фаг, превращающий токсин 1 шига ВР-4795, который передает гены вирулентности инфицированным бактериям [57], был обнаружен только в 5 образцах лиц и в 23 образцах кишечника с разной численностью (макс. Охват = 17,9%). , макс. чтение сопоставления = 372). Мы также обнаружили фаг SfIV Shigella , который способствует вирулентности Shigella flexneri [58], в 25 образцах кишечника и 8 образцах лиц.Потенциально патогенные плазмиды, присутствующие только в микробиоме лица, происходят от условно-патогенных микроорганизмов, таких как Acinetobacter baumannii , Staphylococcus epidermidis , которые обычно являются частью нормальной кожной флоры [59]. Например, плазмида pOANT04 Ochrobactrum anthropi ATCC 49188 присутствует в 63 образцах. O. anthropi все чаще признается потенциально проблемным условно-патогенным и нозокомиальным патогеном человека [60]. Изучая уровень патогенности различных бактериальных патогенов, мы обнаружили, что 75.2% назначенных патогенов относятся к уровню 2 в образцах лица (79 — к уровню 2 и 26 — к уровню 1), а 95,8% из наиболее распространенных в кишечнике патогенов относятся к уровню 2 (46 — уровень 2 и 2 — уровень 1).

Используя таксономические аннотации собранных генов, мы обнаружили, что единственным белком из строгого ядра MGmapper, идентифицированным в наибольшем количестве образцов лица (20) и образцов кишечника (36), был неохарактеризованный белок из Chlamydophila psittaci , an птичий патоген, вызывающий птичий хламидиоз, и эпизоотические вспышки у млекопитающих [61].Среди вирусов этого функционального строгого ядра мы обнаружили птичий эндогенный ретровирус EAV-HP и вирус птичьего лейкоза. Мы также определили более высокую численность в наборе данных о кишечнике Trichuris trichiura , вызывающем трихоцефалез у людей [62,63] (максимальное количество считываний карт в образцах лица = 942, максимальное количество считываний карт в образцах кишечника = 565 870) и Eimeria brunetti , возбудитель геморрагического кишечного кокцидиоза у домашней птицы [64] (макс. Показания карт в образцах лиц = 30, макс.отображение показывает в образцах кишечника = 1706). Более многочисленная в наборе данных по забоям мы определили муху Lucila cuprina (средняя численность в пробах кишечника = 11 910, средняя численность в пробах лиц = 49 210), которая вызывает забастовку овец [65].

Чтобы подчеркнуть важность уборки, которую стервятники оказывают окружающей среде, мы искали бактерии, способные к зоонозу и споруляции [3], значительно более распространенные в микробиоме кишечника по сравнению с микробиомом лица, поскольку именно они которые потенциально могут вернуться в окружающую среду через фекалии стервятника.Мы идентифицировали только 49 бактерий в наборе данных кишечника с потенциалом споруляции, включая Fusobacterium necrophorum , Campylobacter jejuni и Listeria monocytogenes (Рисунок S9). Что касается бактерий, считающихся зоонозными патогенами, мы смогли идентифицировать только Streptococcus suis , патоген для свиней, способный передаваться человеку от свиней [66]. Другие идентифицированные бактерии с заявленной зоонозной способностью имели очень низкую численность и присутствовали только в одном или двух образцах, так что они, вероятно, представляют собой нежизнеспособные бактерии, с которыми уже имел дело стервятник. Оценка защиты от кислотности желудка

Чтобы исследовать влияние кислотности желудка на микробиоту кишечника и оценить ее кислотность как механизм защиты со стороны физиологии стервятника, мы рассмотрели ранее опубликованные измерения pH в желудках с содержанием пищи из 13 диких животных. черные грифы [67]. Чистая кислотность желудка составляла 1,5-2,0 pH. Большое стандартное отклонение наблюдалось в показаниях pH желудка испытанных черных грифов (2,0-5,6, x = 3,8 + 1,25). Напротив, показания pH сверху (5.6-7,3, x = 6,1 + 0,48) и нижняя часть кишечника (5,9-7,0, x = 6,0 + 0,3) были более однородными, поскольку сама среда гомогенизирована и имеет высокое содержание жидкости. Чтобы дополнительно проверить гипотезу защиты от кислотности желудка, мы проанализировали паттерны повреждений и распределение длин считываний ДНК, сопоставленных с каталогом набора генов nr кишечника. Мы не идентифицировали какой-либо паттерн повреждений в ДНК на лице или в наборах данных кишечника, а также не идентифицировали бимодальное распределение длины считывания в наборе данных кишечника. Распределение длин считывания ДНК лица и кишечника было унимодальным и сходным (рис. S10).Интересно, что мы идентифицировали беспозвоночного Clonorchis sinensis в 22 образцах лица и 39 образцах кишечника (66,6% образцов лица и 83% образцов кишечника). Эта печеночная двуустка питается желчью и вызывает проблемы с перевариванием жиров, а также способна достигать кишечника хозяев, учитывая ее устойчивость к кислотности [68].

Обсуждение

Состав и вариабельность микробиома

Сравнение наших метагеномных бактериальных идентификаций с таковыми Roggenbuck et al. [21] подтверждают согласованность таксономических определений. Учитывая, что мы стремимся охарактеризовать микробиом стервятника, связанный с уборкой мусора, в свете предыдущих наблюдений, что микробиота кожи и кишечника индейки и черного стервятника в значительной степени перекрывается [21], мы объединили наборы данных по обоим видам стервятников в один. Результаты сравнения числа идентифицированных таксонов у каждого вида доказывают, что микробиомы этих двух видов стервятников статистически не различаются (Рисунок S11), и подтверждают их совместное использование.Мы выявили поразительно большие таксономические и функциональные вариации как в наборах данных по кишечнику, так и по лицу (рис. 3, 4, 6A). Изучение PCA на основе характеристики функционального потенциала предполагает, что функциональный профиль микробиомов лица и кишечника очень похож, несмотря на большие различия между типами образцов. Это предположение подтверждается PCA набора данных с пониженной выборкой до минимума распределения каждого класса путей (рис. 5), который также предполагает, что относительное содержание белков, а не их наличие / отсутствие является одним из основных факторов. основные факторы, отличающие лицо от функционального профиля микробиома кишечника.По сравнению с микробиомом лица кишечник имеет меньше функциональных вариаций внутри образца (таблица 1, P = 0,002). Это согласуется с тем фактом, что морда — это первая часть тела стервятника, которая соприкасается с тушей. В общем, идентифицированные таксоны из микробиомов кишечника и лица могут быть классифицированы как производные от хозяина i , например Methanobrevibacter smithii в кишечнике и ii ) окружающей среды и туши, например Xanthomonas и Actinobacillus pleuropneumoniae .Учитывая, что наиболее распространенные микробы лица могут быть связаны с множеством микробных признаков, начиная от продуцентов противогрибковых и заканчивая обычными кишечными бактериями и бактериями, связанными с растениями и почвой, очевидно, что существует значительный вклад окружающей среды и флоры туши в весьма изменчивую структуру стервятника. микробиом лица. С другой стороны, наиболее распространенные в кишечнике бактерии связаны в основном с кишечными или фекальными бактериями, что отражает пищеварительные и более специализированные функции, которые, как ожидается, будут выполняться в кишечнике.Наши данные подтверждают предыдущие результаты, основанные на ПЦР [21], которые идентифицируют Clostridia и Fusobacteria как доминирующие таксоны в микробиоме кишечника (рис. 2, 6C). Как и ожидалось, в микробиоме кишечника есть четкие черты, необходимые для осуществления пищеварительной и пищевой деятельности, которые мы определили в наших наборах данных.

Рис. 6. Состав микробиома лица и кишечника стервятника.

( A ) Основные компоненты (ПК) 1 (28% вариации) и 2 (12,36%) изобилия всех генов из всех метаболических классов KEGG вместе образцов лица (красный) и кишечника (зеленый) .( B ) Таксономический профиль микробиоты лица и ( C ) кишечника. ( D ) Распределение количества идентифицированных потенциально патогенных бактерий в наборах данных кишечника и лица.

Уменьшенный основной микробиом хозяина

Чтобы отличить постоянный микробиом хозяина от микробиома, происходящего от переменных и внешних воздействий (т. Е. Микробов, происходящих из туши и окружающей среды), мы определили два типа ядер микробиома. Расслабленная сердцевина, содержащая элементы, присутствующие не менее чем в 50% образцов, и строгая сердцевина, содержащая элементы, присутствующие не менее чем в 80% проб.Мы обнаружили, что расслабленное ядро ​​содержит ~ 43% и ~ 22,7% таксонов лица и кишечника, соответственно, а строгое ядро ​​содержит только ~ 1% таксонов в наборах данных как по кишечнику, так и по лицу (дополнительные примечания 1, 2). Примечательно, что различие между тушей и устоявшимся постоянным микробиомом, происходящим от хозяина, сложно даже после определения ядер. Например, возбудитель пищевого происхождения Salmonella enterica присутствует в ядре кишечника (рис. 6В). Мы дополнительно идентифицировали гены в строгих функциональных ядрах микробиома лица и кишечника, которые связаны с путресцином, одной из основных молекул, продуцируемых в туше (дополнительные примечания 1, 3, дополнительный файл 5).Мы обнаружили на лице примерно в 26 раз больше микробов, специфичных для среды обитания, чем в микробиоме кишечника (лицо = 8,373, кишечник = 320), скорее всего, из-за того, что труп млекопитающего представляет собой среду обитания, вызывающую нарушение, которая выбирает специализированное микробное сообщество [7 ]. Некоторые из этих видов сообщества, вероятно, происходят от микрофлоры падальщика, например, мы идентифицировали бактерии, разлагающие фенол, в коже лица стервятника, такие как Acinetobacter calcoaceticus [69] (макс. Показания карт в образцах лиц = 478, макс.картирование считывает в образцах кишечника = 6), для которых мы идентифицировали его ген, кодирующий фенол 2-монооксигеназу, в каталоге генов nr. Фенольные соединения могут действовать против патогенов пищевого происхождения и бактерий порчи [70], предполагая, что они происходят от обитателей падали, адаптированных к их конкурентной среде, а не являются частью микробиома кожи лица стервятника. Таким образом, мы предполагаем, что микробиом стервятника является результатом его питательной диеты, при этом часть флоры туши оставляет глубокий след в микробиоме стервятника.

Проблемы патогенности

Учитывая идентификацию сильной микробиоты туши в микробиоме стервятника, мы затем охарактеризовали все потенциальные патогены, с которыми борются стервятники. Мы определяем потенциальные патогены как таксоны и функции, которые, хотя и присутствуют в микробиоме стервятников, не оказывая явно негативного воздействия на здоровье, могут быть смертельными для не-падальщиков. Большинство потенциально более многочисленных потенциальных патогенов, обнаруженных в микробиоме лица ( P <0.05), как известно, вызывают у млекопитающих заболевания, подобные сибирской язве, пародонтит, пневмонию и туберкулез, тогда как те, которые обнаруживаются в большей степени в кишечнике, вызывают гастроэнтерит, газовую гангрену, пищевое отравление и дизентерию у людей (рис. 6D, 7AB). ). Мы идентифицировали несколько патогенных плазмид в микробиоме кишечника, такие как фаг, превращающий токсин 1 шига ВР-4795, который передает гены вирулентности инфицированной Escherichia coli [57], а также гены микробиома лица, связанные с патогенностью, такие как гемолизины (дополнительный файл 6).Наш нецелевой метагеномический подход также позволил идентифицировать небактериальные потенциальные патогены в кишечнике, такие как круглый червь Trichuris trichiura , вызывающий трихоцефалез у людей [63], и апикомплексный паразит Eimeria brunetti , ответственный за геморрагический кокцидиоз кишечника у птиц [63]. 64]. Эти результаты подчеркивают неблагоприятную для здоровья окружающую среду, с которой сталкивается стервятник из-за его скудной диеты.

Защита желудка от кислотности

Большинство идентифицированных потенциальных патогенов ограничено несколькими образцами, а численность патогенов не согласуется в образцах после нормализации подсчетов (Рисунок S12).Эти наблюдения могут быть связаны с изменением флоры туши или эффективным устранением потенциальных патогенов стервятником. Из-за ранее сообщенного очень кислого pH в желудках некоторых видов стервятников [3] было высказано предположение, что кислотность желудка стервятников служит фильтром для потенциальных патогенов [8,21]. Желудок с пищевым содержимым черного стервятника имеет pH 1,5–2,0 [67], что является обычным для млекопитающих уровнем. Приборные показания pH обычно выше в желудке с содержимым пищи, поскольку желудочная кислота разрежена и разбавлена ​​водой, содержащейся в кусках пищи.Последовательные и независимые значения датчиков в желудке часто могут давать разные показания, даже если датчик используется в одном и том же месте. Это отражается в больших стандартных отклонениях, наблюдаемых в ранее опубликованных показаниях pH протестированных черных грифов [67]. Кишечные измерения были менее кислыми и в некоторых случаях нейтральными. Учитывая, что флора туши попадает в организм стервятника в основном вместе с проглоченными пищевыми продуктами, измерения pH показывают, что кислотность желудочно-кишечного тракта не является эффективным фильтром против всех потенциальных патогенов, присутствующих в питательной диете, скорее она играет общую роль первичного отбора , чего недостаточно для всех потенциальных болезнетворных микроорганизмов в туше.При сравнении микробиомов лица и кишечника мы обнаружили, что на лице больше различных видов потенциальных патогенов, чем на кишечнике ( P = 0,036) (рис. 6D, таблица 2), однако статистической разницы в их составе нет. численность ( P = 0,82), а в кишечнике все еще находятся различные потенциальные патогены. Кроме того, отсутствие четкой картины повреждения в считывании может свидетельствовать о том, что фильтрация микробов происходит в желудочной камере, таким образом, метагеном кишечника не состоит из мертвых и живых бактерий, если микробная фильтрация должна происходить в первую очередь там.Это также может указывать на то, что кишечные таксоны способны противостоять физиологическим желудочно-кишечным условиям стервятника, что подтверждается идентификацией Clonorchis sinensis. С другой стороны, отсутствие паттерна повреждений ДНК и отсутствие бимодальности распределения длин может свидетельствовать о том, что идентифицированный хищный эукариот Adineta vaga очищает микробиом кишечника от мертвых бактерий и простейших.

Таблица 2. 10 основных потенциальных заболеваний, вызывающих бактерии, выявленные на лице и кишечнике.

Защита, опосредованная микробиомом

Было показано, что микробы обеспечивают защиту хозяина от патогенных бактерий, таким образом, мы предположили, что микробиом стервятника играет защитную роль с точки зрения борьбы, предотвращения или поддержания баланса потенциальных патогенов. Соответственно, мы идентифицировали функциональные и таксономические защитные элементы, которые можно отнести к i ) таксонам и функциям полезных бактерий, ii ) фагам, iii ) хищным эукариотам и iv ) устойчивости к колонизации (рис.7C, дополнительное примечание 4).

Рис. 7. Проблемы со здоровьем, с которыми сталкивается стервятник.

(A) Стервятники сталкиваются с широким спектром микробов, происходящих от туш. ( B ), которые представляют серьезную патогенную опасность для видов, не питающихся падалью. ( C ) Различные потенциальные опосредованные микробиомом защитные механизмы определяют способность стервятника переносить и снижать потенциальный риск для здоровья, который представляет тушка при прохождении через пищеварительную систему.

Таксоны полезных бактерий

В соответствии с нашей гипотезой о защите, опосредованной микробиомом, мы идентифицировали Hylemonella gracilis как часть лицевого ядра, которое, как было показано, предотвращает долгосрочную колонизацию Yersinia pestis [71].Другие полезные бактерии, присутствующие как в кишечнике, так и в микробиомах лица, включают Lactobacillus sakei , антистериальные бактерии [72]. Мы также идентифицировали несколько генов биосинтеза антибиотиков, таких как карбапенем, тетрациклин, макролиды и ансамицины, а также гены устойчивости к ним (дополнительный файл 6). Идентификация таксонов и генов, связанных с инсектицидами, фунгицидами и противопаразитами, в микробиоме лица предполагает защитные механизмы против возможных эукариотических патогенов, присутствующих в туше (дополнительный файл 6), таких как Pseudomonas entomophila , вызывающих летальность у мух [73], для которых мы наблюдали ген, кодирующий инсектицидный токсин класса SepC / Tcc в каталоге неизбыточных генов лица (дополнительное примечание 5).В почвенных микробиомах известно производство антибиотиков для того, чтобы побеждать за ресурсы, и недавно сообщалось о подобных стратегиях в носовом микробиоме человека с использованием комменсальных бактерий против патогенов [74]. Наши результаты показывают, что микробиом лица стервятника играет аналогичную защитную роль. Что касается микробиома кишечника, известно, что комменсал Clostridia играет важную роль в производстве бутирата, который используют колоноциты [75]. Примечательно, что C. butyricum входит в число самых распространенных Clostridia в микробиоме кишечника.

Полезные бактериальные функции

Помимо содержания потенциальных патогенных микробов, туши также содержат токсичные и канцерогенные соединения [76], которые представляют опасность для здоровья стервятника, особенно для его голой кожи лица, которое находится в прямом контакте с такими соединениями. Среди бактерий, обнаруженных в более высоком количестве в микробиоме лица, есть Arthrobacter phenanthrenivorans , который способен разлагать фенантрен, вызывающий раздражение кожи полициклический ароматический углеводород (ПАУ).ПАУ — это ксенобиотические загрязнители с негативным воздействием на здоровье, которые выделяются из туш животных [77], и ранее сообщалось о высоких концентрациях у других видов стервятников [78]. Интересно, что наибольшая вариация метаболизма биодеградации ксенобиотиков внутри образцов была в наборе данных по лицу (дополнительный файл 5), причем метаболизм деградации ПАУ является наиболее распространенным подклассом пути разложения ксенобиотиков как на лице, так и в кишечнике. Эти данные свидетельствуют о защитной роли стервятника в микробиоме против таких соединений.Что касается кишечного микробиома, вторым по численности Fusobacteria в кишечнике из неизбыточного набора генов является кишечный бутират F. varium [79], для которого мы также идентифицировали его ген формиат C-ацетилтрансферазу. , который участвует в метаболизме бутаноата, как самый распространенный ген в наборе данных о кишечнике. Интересно, что помимо использования бутирата для колоноцитов было показано, что глицериды бутирата обладают антимикробной активностью против C. perfringens и Salmonella typhimurium [80].

Обилие патогенов, контролируемое фагами

Было показано, что фаги в микробиоме кишечника человека играют защитную роль, а возрастающая идентификация генов устойчивости к антибиотикам у патогенных бактерий привела к предложению использовать фаги в качестве альтернативных методов лечения [81]. Учитывая идентификацию потенциальных генов устойчивости к антибиотикам в микробиомах лица и кишечника стервятников (дополнительное примечание 6, рисунки S13, S14), мы исследовали возможную роль фагов в устранении или балансировании численности потенциальных патогенов.В микробиоме лица фагов Clostridium положительно коррелируют с Clostridium perfringes и Clostridium botulinum , тогда как в кишечнике мы вместо этого наблюдали фаги энтеробактерий, коррелирующие с Escherichia fergusonii (дополнительный файл 7). Кроме того, в таксономических аннотациях функционального ядра кишечника мы идентифицировали фаг Salmonella SPN3US (дополнительный файл 8), который показал эффективное ингибирование Salmonella enterica [82].Из лицевого функционального строгого ядра наиболее распространенным вирусом является фаг BPP-1 (дополнительный файл 8), который инфицирует патогенные бактерии Bordetella [83]. Эти результаты показывают, что наборы фагов как в микробиомах лица, так и в кишечнике связаны с присутствием потенциальных патогенов, наиболее часто встречающихся в образцах соответствующего типа, и предполагают, что фаги могут представлять собой, подобно фаговой терапии, альтернативный защитный механизм для контроля и, возможно, устранение потенциальных патогенов [84] (дополнительное примечание 5, рисунок S15).

Механизм защиты от хищников

Несмотря на то, что они являются важными элементами микробиома кишечника, кишечные микробные эукариоты остаются в значительной степени неизученными. Таким образом, мы исследовали, играют ли микробные эукариоты кишечника стервятника какую-либо защитную роль. Мы определили, что беспозвоночное Adineta vaga , которое питается мертвыми бактериями и простейшими, в ядре кишечника примерно в 6,8 раз больше, чем в лицевом ядре. Эта идентификация предполагает, что хищный механизм может быть использован для защиты в кишечнике стервятника.

Устойчивость к образованию биопленок и колонизации

Биопленки — это совокупность микробов, связанных внутри матрикса, состоящего из внеклеточных полимерных веществ, который способствует их адгезии к поверхности, защите от антимикробных препаратов и лучшему усвоению питательных веществ. Было высказано предположение, что изобилие Fusobacteria в кишечнике играет особенно важную роль в образовании биопленки просвета желудочно-кишечного тракта [85]. Чтобы исследовать эту гипотезу, мы провели поиск белков, связанных с образованием биопленок (дополнительный файл 8).В основе функционального потенциала кишечника мы идентифицировали связанные с биопленкой белки из Fusobacterium mortiferum , такие как рубреритрин, а также из Clostridium perfringens , такие как UDP-глюкуроновая ацидепимераза. Учитывая, что бактерии образуют биопленки, в которых они могут процветать при различных моделях экспрессии генов [86], это предполагает, что идентифицированные потенциальные патогенные Clostridia и Fusobacteria из микробиома кишечника могут не представлять патогенных рисков и вместо этого обеспечивать устойчивость к колонизации по отношению к другим бактериям. внешние патогены (дополнительное примечание 5).Для дальнейшего изучения роли устойчивости к колонизации Clostridia и Fusobacteria мы исследовали функциональное ядро ​​кишечника на предмет токсинов, потенциально влияющих на стервятника. Мы идентифицировали только несколько потенциально патогенных генов, кодирующих токсин, из Fusobacterium (дополнительный файл 9) и F. varium , как было показано, благотворно влияет на своего хозяина-человека, противодействуя колонизации патогенными агентами [87]. Это говорит о том, что важной ролью кишечника Fusobacteria может быть формирование биопленок и устойчивость к колонизации, не представляя серьезной патогенной угрозы.Мы идентифицировали гены патогенности перфринголизина О и фосфолипазы С в микробиоме кишечника из C. perfringens . Однако мы также идентифицировали гены биосинтеза короткоцепочечных жирных кислот из Clostridia , которые могут обеспечивать защиту от воспалительных реакций [88]. Таким образом, мы можем разделить наблюдаемые Clostridia на два типа: i ) потенциально патогенные, в основном представленные C. perfringens и ii ) непатогенные, которые могут способствовать образованию биопленок и защите здоровья ( Дополнительный файл 10).