Тривала струмовий навантаження для кабелів і проводів

Будь-якому тривалий час протікає через провідник струму при незмінних зовнішніх умовах буде відповідати певна усталена температура провідника. Величину струму, при якій температура кабелю стає максимально допустимої для даної марки кабелю або проводу, називають тривало допустимого струмового навантаженням.

Величина тривало допустимого струму безпосередньо залежить від матеріалу ізоляції, температури навколишнього середовища, способу прокладки кабелю, а також від його матеріалу і перетину.

Не останню роль відіграє і режим роботи проводів і кабелів. Наприклад, при повторно-короткочасному режимі допустима струмова навантаження може бути більше, ніж при тривалому режимі.

Для визначення величини тривало допустимого струму необхідно знати максимальну позитивну температуру навколишнього середовища, так як при низьких температурах процес тепловіддачі буде відбуватися набагато краще при однакових струмах.

Оскільки температура повітря змінюється з часом року і регіоном країни в ПУЕ встановлюються розрахункові температури навколишнього середовища, для яких наведені таблиці допустимих струмових навантажень. Для температурних умов, які істотно відрізняються від розрахункових, ПУЕ наводить відповідні поправочні коефіцієнти, які дозволяють визначити навантаження для специфічних умов. У приміщеннях і поза приміщеннями температуру повітря приймають рівною 25 0 С, а для кабелю прокладеного в землі на глибині 0,7 м - 0,8 м при питомому опорі землі в 120 (Ом ∙ град) / Вт (теплових Ом ∙ см) приймають рівній 15 0 С.

Тривало допустимі струмові навантаження для проводів і кабелів можуть бути визначені за формулами, виведеним з теплового розрахунку. Однак, якщо врахувати складність розрахунків і деяку умовність цих формул, на практиці найбільш часто використовують готові таблиці з ПУЕ для тривало допустимих струмових навантажень.

Аналізуючи наведені в ПУЕ таблиці можна помітити, що в міру зростання перетину дроту або кабелю знижується щільність струму (А / мм 2). Це пов'язано з тим, що перетину проводів буде рости пропорційно квадрату діаметра (S = (πd 2) / 4), а поверхня провідника буде рости пропорційно діаметру (F = πdl). Тому зі збільшенням перетину величин охолоджувальної поверхні, що припадає на одиницю перетину, зменшується, що негативно позначається на умовах охолодження.

При виборі перетину кабелю іноді доцільніше взяти замість кабелю з великим перетином кілька з малим перерізом. Наприклад, для кабелю марки СБ з напругою 1 кВ і перерізом 3х120 мм 2. прокладеного в грунті, тривалий струм складе 390 А. А якщо замінити його на два кабелі тієї ж марки, але з перетином 3х50 мм 2. тривало допустимий струм складе з урахуванням поправочний коефіцієнт для двох кабелів лежачих в землі 2х235х0,9 = 403 А. Відповідно виходить економія кольорового металу, але при цьому зростають витрати на спорудження кабельної лінії. Тому до розщеплення проводів і кабелів вдаються лише після економічного розрахунку доцільності даного рішення.

Якщо відомі дані тривало допустимих струмових навантажень для різних проводів в залежності від способу прокладки, можна вирішувати різні завдання, пов'язані зі зміною умов роботи або матеріалу провідника. Розглянемо приклад повітряної лінії, виконаної проводами без ізоляції.

При проходженні тривало допустимого струму Iдоп по дроту з опором R буде виділятися тепло:

Кількість тепла, яке буде віддано поверхнею голого дроти в навколишнє середовище за одиницю часу, можна з достатньою для практики точністю визначити за формулою:

Де: З - коефіцієнт тепловіддачі поверхні голого дроти (може прийматися рівним 2,3 ∙ 10 -3 Вт / см 2 ∙ град);

F - поверхня дроту, см 2;

υдоп - тривало допустима температура дроти, 0 С;

υср - прийнята температура навколишнього середовища, 0 С;

У проводів без ізоляції, прокладених на відкритому повітрі, тепловіддача відбувається в більшій мірі за рахунок конвекції, і в незначній мірі за рахунок випромінювання.

Так як при тривало допустимому струмі Iдоп кількість отриманої від протікання останнього теплоти дорівнює кількості віддається в навколишнє середовище, то справедливо вираз:

Поверхня дроту визначається формулою:

А опір при цьому дорівнюватиме:

Де: l - довжина дроту, м; γ - питома провідність матеріалу дроту, м / (Ом ∙ мм 2); s - площа поперечного перерізу, мм 2; d - діаметр проводу, мм;

Підставивши значення F і R в вказане вище рівність, отримаємо тривало допустимий струм дроти, виготовленого, наприклад, з міді:

При тих же температурних умовах і токах, а також при однаковому перетині, але для проводів, виготовлених з інших матеріалів, наприклад алюмінію, тривало допустимий струм буде дорівнює:

Розділивши одне рівняння на інше отримаємо:

Вираз, отримане при діленні рівнянь, дозволяє легко здійснити перерахунок допустимих навантажень для матеріалів без ізоляції при необхідності. Наприклад, для визначення допустимих струмових навантажень для алюмінієвого проводу необхідно допустимі струмові навантаження для мідного дроту помножити на коефіцієнт 0,77.

У розглянутих висловлюваннях немає обліку зміни опору провідників при зміні їх температури, що цілком допустимо в разі незначних програвав.

У разі, коли температурні режими відрізняються від наведених в таблицях допустимих навантажень, визначають нову величину тривало допустимого струму (I1). Виходячи з рівняння теплового балансу, може бути записано наступне рівняння:

Де: υ1 - усталена температура проводу або кабелю при протіканні струму I1. 0 С; υ1ср - температура навколишнього середовища;

Розділивши рівняння для I 2 доп на рівняння для I1 2 отримаємо:

З цього виразу видно, що встановилася величина перегріву змінюється прямопропорційна величині квадрата струму.

Умови для охолоджування ізольованих проводів і кабелів відрізняються від умов охолодження голих проводів. Це пов'язано з тим, що тепловий потік, що йде від жили кабелю, повинен подолати ще й тепловий опір ізоляції. А для кабелів, прокладених в землі, і проводів, прокладених у трубах, має значення ще й теплопровідність навколишнього середовища. Але, незважаючи на це, наведені вище формули можна застосовувати з достатньою для практики точністю як для провідників без ізоляції, так і для провідників з ізоляцією.

Для спрощення вирішення завдань пов'язаних з визначенням допустимих струмових навантажень на кабелі та проводи при температурних умовах, що відрізняються від описаних в ПУЕ, в таблиці нижче наводяться поправочні коефіцієнти, які визначені розрахунковим шляхом і перевірені експериментально:

У разі прокладки декількох кабелів в одній траншеї умови охолодження погіршаться, що призведе до зниження тривалого струму кожного кабелю, і це необхідно врахувати. Тому нижче в таблиці наведені поправочні коефіцієнти на число працюючих (НЕ резервних) кабелів, що лежать поруч у землі:

При виборі перерізівпровідників з умов нагрівання за таблицями необхідно взяти до уваги наступне:

1. При перевірці на нагрів в якості розрахункового струму приймається півгодинної максимум струмового навантаження, тобто максимальну середню півгодинну струмовий навантаження для обраного елемента мережі (трансформатор, магістраль, електродвигун і так далі);
2. При короткочасних і повторно-короткочасних режимах роботи при загальній тривалості циклу Тц до 10 хв і тривалості роботи tр до 4 хв в якості розрахункової струмового навантаження для перевірки перерізу проводів по нагріванню слід приймати струмовий навантаження, яка приведена до тривалого режиму. При цьому:
   • Для алюмінієвих проводів з перерізом до 10 мм 2 і для мідних з перетином до 6 мм 2 включно струмові навантаження приймаються такими, як для установок з тривалим режимом роботи.
   • Для алюмінієвих проводів перетином понад 16 мм 2 і мідних з перетином більше 10 мм 2 струмові навантаження визначають шляхом множення допустимих струмових навантажень за таблицями на коефіцієнт. де ПВ це тривалість включення виражена у відносних одиницях і дорівнює: Наприклад, для трьох алюмінієвих проводів в одній трубі при перетині 70 мм 2 допустима струмова навантаження згідно з таблицями становить 165 А. Якщо до такої лінії підключений електроприймач з повторно-короткочасним режимом роботи і ПВ його , скажімо, так само 0,4, то допустиме навантаження в такому випадку приймається:
3. Для кабелів з просоченою паперовою ізоляцією і напругою до 10 кВ, що працюють з навантаженням не більше 80% від номінальної, допускається на короткостроковий період (час ліквідації аварії) перевантаження до 130% на час максимуму протягом 5 діб, але за умови, що час максимуму не перевищує 6 годин на добу;
4. У разі прокладання проводів в лотках і коробах слід приймати допустиму струмовий навантаження:
   a) Як для відкрито прокладених проводів в разі прокладки в лотках в один горизонтальний ряд;
   b) Як для прокладених в трубах проводів в разі прокладки в коробах і лотках пучками;
5. У разі прокладання в коробах, трубах і лотках більше чотирьох проводів пучками слід приймати допустиму струмовий навантаження:
   a) Для 5-6 одночасно навантажених проводів як для відкрито прокладених з коефіцієнтом 0,68;
   b) Для 7-9 одночасно навантажених провідників як для відкрито прокладених з коефіцієнтом 0,63;
   c) Для 10-12 одночасно навантажених провідників як для відкрито прокладених з коефіцієнтом 0,6;

Схожі статті

• Тривало допустимі струмові навантаження для проводів і кабелів

• Тривало допустимий струм кабелю навантаження, технологія

• Як вибрати інструментальний кабель для електрогітари частина 1