Тривало допустимі струмові навантаження для проводів і кабелів
Якщо електричний струм буде протікати по провіднику протягом тривалого часу, в цьому випадку встановиться певна стабільна температура даного провідника, за умови незмінної зовнішньої середовища. Величини струмів, при яких температура досягає максимального значення, в електротехніці відомі як довго допустимі струмові навантаження для проводів і кабелів. Дані величини відповідають певним маркам проводів і кабелів. Вони залежать від ізоляційного матеріалу, зовнішніх факторів і способів прокладки. Велике значення має матеріал і перетин кабельно-провідникової продукції, а також режим і умови експлуатації.
Причини нагріву кабелю
Причини підвищення температури провідників тісно пов'язані з самою природою електричного струму. Всім відомо, що по провіднику під дією електричного поля впорядковано переміщуються заряджені частинки - електрони. Однак для кристалічної решітки металів характерні високі внутрішні молекулярні зв'язки, які електрони змушені долати в процесі руху. Це призводить до вивільнення великої кількості теплоти, тобто, електрична енергія перетворюється в теплову.
Дане явище схоже на виділення теплоти під дією тертя, з тією різницею, що в даному варіанті електрони стикаються з кристалічною решіткою металу. В результаті, відбувається виділення тепла.
Така властивість металевих провідників має як позитивні, так і негативні сторони. Ефект нагрівання використовується на виробництві та в побуті, як основну рису різних пристроїв, наприклад, електричних печей або електрочайників, прасок та іншої техніки. Негативними якостями є можливі руйнування ізоляції при перегріванні кабелів і проводів, що може стати причиною пожежі, а також виходу з ладу електротехніки та устаткування.
Існує безліч причин надмірного нагріву провідників. Перш за все вони пов'язані з власними технічними характеристиками виробів. Основною причиною часто стає неправильно вибраного перетин кабелю. Кожен провідник має власну максимальною пропускною здатністю струму, що вимірюється в амперах. Перш ніж підключати той чи інший прилад, необхідно встановити його потужність і тільки потім вибирати переріз. Вибір слід робити з запасом потужності від 30 до 40%.
Інший, не менш поширеною причиною, вважаються слабкі контакти в місцях з'єднань - в розподільних коробках, щитках, автоматичних вимикачах і т.д. При поганому контакті дроти будуть обов'язково нагріватися, аж до їх повного перегоряння. Спочатку кабель піддається локальному нагріванню і в разі неспрацьовування захисту відбувається його повне нагрівання. У багатьох випадках достатньо перевірити і підтягти контакти, і надмірний нагрів зникне. Досить часто контакт порушується через неправильне з'єднання мідних і алюмінієвих проводів. Щоб уникнути окислення в місцях з'єднань цих металів, необхідно використовувати клемники.
Для правильного розрахунку перетину кабелю потрібно спочатку визначити максимальний струм, споживаний навантаженням. З цією метою сума всіх номінальних потужностей у використовуваних споживачів, повинна бути поділена на значення напруги. Потім, за допомогою таблиць можна легко підібрати потрібне перетин кабелю.
Розрахунок допустимої сили струму по нагріванню жив
Правильно вибране перетин провідника не допускає падінь напруги, а також зайвих програвав під впливом проходить електроструму. Тобто, переріз повинен забезпечувати найбільш оптимальний режим роботи, економічність і мінімальні витрати кольорових металів.
Перетин провідника вибирається за такими двома основними критеріями, як допустимий нагрів і допустима втрата напруги. З двох значень перетину, отриманих при розрахунках, вибирається велика величина, округлюються до стандартного рівня. Втрата напруги чинить серйозний вплив переважно на стан повітряних ліній, а величина допустимого нагріву чинить серйозний вплив на переносні шлангові і підземні кабельні лінії. Тому перетин для кожного виду провідників визначається відповідно до цими факторами.
Поняття допустимої сили струму по нагріванню (I д) являє собою протікає по провіднику силу струму протягом тривалого часу, в процесі якого з'являється значення тривало допустимої температури нагріву. При виборі перетину необхідно дотримання обов'язкової умови, щоб розрахункова сила струму Iр відповідала допустимій силі струму по нагріванню Iд. Значення Iр визначається за такою формулою: Iр. в якій Рн є номінальною потужністю в кВт; Кз - коефіцієнт завантаження пристрою, що становить 0,8-0,9; Uн - номінальна напруга пристрою; hд - ККД пристрою; cosj - коефіцієнт потужності пристрою 0,8-0,9.
умови тепловіддачі
Найбільш ефективними умовами для тепловіддачі є знаходження кабелю у вологому середовищі. У разі прокладання в ґрунті, відведення тепла залежить від структури і складу грунту і кількості вологи, що міститься в ньому.
Для того щоб отримати більш точні дані, необхідно визначити склад грунту, що впливає на зміну опору. Далі за допомогою спеціальних таблиць знаходиться питомий опір конкретного грунту. Даний параметр може бути зменшений, якщо виконати ретельну трамбування, а також змінити склад засипки траншеї. Наприклад, теплопровідність пористого піску і гравію нижче, ніж у глини, тому кабель рекомендується засипати глиною або суглинком, в яких відсутні шлаки, камені і будівельне сміття.
Повітряні кабельні лінії мають погану тепловіддачею. Вона погіршується ще більше, коли провідники прокладаються в кабель-каналах з додатковими повітряними прошарками. Крім того, кабелі, розташовані поруч, підігрівають один одного. У таких ситуаціях вибираються мінімальні значення навантажень по струму. Щоб забезпечити сприятливі умови експлуатації кабелів, значення допустимих струмів розраховується в двох варіантах: для роботи в аварійному і тривалому режимі. Окремо розраховується допустима температура на випадок короткого замикання. Для кабелів в паперовій ізоляції вона складе 200 0 С, а для ПВХ - 120 0 С.
Значення тривало допустимого струму являє собою назад пропорційну залежність температурного опору кабелю і теплоємності зовнішнього середовища.
Таблиця навантажень по перетину кабелю
Передача і розподіл електричної енергії абсолютно неможливо без проводів і кабелів. Саме з їх допомогою електричний струм підводиться до споживачів - холодильників, пральних машин, телевізорів та іншої побутової техніки.
У зв'язку з цим, перетину кабелів підбираються відповідно до навантаження, створюваної усіма електроприладами. Попередні розрахунки і правильний вибір перетину забезпечують безперебійне проходження електричного струму. Для цих цілей існують спеціальні таблиці з широким спектром взаємних зв'язків перетину з потужністю і силою струму. Вони використовуються ще на стадії розробки і проектування електричних мереж, що дозволяє в подальшому виключити аварійні ситуації, що тягнуть за собою значні витрати на ремонт і відновлення кабелів, проводів і обладнання.
Таблиця для визначення допустимого струму
Розрахунки, що виконуються вручну, не завжди дозволяють визначити тривало допустимі струмові навантаження для кабелів і проводів. У ПУЕ міститься безліч різних таблиць, в тому числі і тих, які містять готові значення, стосовно до різних умов експлуатації. У них дуже добре проглядається взаємозв'язок перетину провідника з його ступенем нагрівання і температурою навколишнього середовища.
Характеристики проводів і кабелів, наведені в таблицях, дають можливість нормальної передачі і розподілу електроенергії в мережах з постійним і змінним напругою. Технічні параметри кабельно-провідникової продукції знаходяться в дуже широкому діапазоні. Вони вирізняються своєю маркуванням, кількістю жив і іншими показниками.
Таким чином, перегрів провідників при постійному навантаженні можна виключити шляхом правильного підбору тривало допустимого струму і розрахунків відведення тепла в навколишнє середовище.