Проверка сечения проводов и кабелей по условиям

допустимого нагрева

Допустимая температура– это такая наибольшая температура, при которой провод или кабель сохраняет свои электрические и механические свойства.

Провода перегорают обычно в местах соединения, в которых выделяется больше тепла при протекании тока. Для обеспечения нормальных условий работы линии под нагрузкой, в частности для обеспечения надежной работы соединительных контактов и изоляции проводов, при нагреве проводов током нагрузки температура не должна превышать допустимых значений.

Допустимые температуры нагрева установлены в зависимости от марки проводов и кабелей и материала изоляции. Так, для неизолированных проводов воздушных линий (ВЛ) и неизолированных проводов, прокладываемых внутри зданий, установлена допустимая температура не выше 70°С. Для ВЛ эта температура обусловлена свойствами соединительных контактов, нагрев которых выше этой температуры приводит к интенсивной коррозии и возрастанию их переходных сопротивлений. Кроме того, нагрев контакта до более высокой температуры вызывает его ослабление при последующем охлаждении, что приводит к дополнительному увеличению его сопротивления и дальнейшему перегреву, грозящему, в конце концов, нарушить работу линии. Данными эксплуатационных наблюдений установлено, что указанная предельная температура провода гарантирует нормальную работу соединительных контактов.

Допустимая температура для неизолированных проводов, прокладываемых внутри помещений, определяется помимо указанных выше соображений еще и требованиями пожарной безопасности и гигиеническими требованиями. Необходимо, чтобы случайное попадание легко воспламеняющихся материалов на нагретый провод не приводило к пожару либо к выделению вредных газов, вызывающих раздражение слизистой оболочек глаза. Эти газы могут выделяться от пыли, оседающей на горячем проводе и подвергающейся сухой перегонке при высоких температурах.

Металлическую оболочку кабеля выполняют из свинца и алюминия, изоляцию фазы и поясную – из пропитанной бумаги. Изоляция при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается больше, чем свинец. Между свинцом и изоляцией образуется вакуумное расстояние, которое под действием электрического поля ионизируется. Когда ионизация достигает большой величины, происходит пробой кабеля. Допустимая температура для кабеля =50–80°С. Она зависит от рабочего напряжения кабелей и типа применяемой изоляции (бумажная, поливинилхлоридная), наличия и состава пропиточной массы, изоляционного масла (для маслонаполненных кабелей 110–220 кВ) и других факторов. Чем выше напряжение кабеля, тем больше напряженность электрического поля и меньше допустимая температура .

Как известно из физики, изменение температуры проводника при его нагревании током определяется показательной функцией (кривая 1 на рис. 7,5)

где – разность температур провода и окружающей среды; – температура проводника через секунд после начала включения тока; – температура окружающей среды; – предельная максимальная установившаяся температура проводника; – постоянная времени нагрева

Рис. 7.5

При протекании электрического тока в проводе выделяется теплота, часть которой идет на нагревание провода, а часть отводится в окружающую среду. Если бы теплота не отводилась в окружающую среду, то процесс нагрева определялся бы прямой линией на рис. 7.5. Разность температур достигла бы максимального значения через время . В действительности не все количество теплоты, выделяемой электрическим током, идет на нагрев провода, часть ее отводится в окружающую среду. Поэтому температура изменяется не по прямой, а в соответствии с кривой 1 на рис. 7.5 и асимптотически стремится к предельной температуре . По прошествии времени температура достигает значения . Практически в этот момент наступает равновесие между теплотой, выделенной в проводнике, и теплотой, отдаваемой в окружающую среду. Температура проводника больше не повышается и сохраняет постоянное значение, зависящее от тока нагрузки.

Таким образом, определенному длительно протекающему по проводнику току при заданных условиях охлаждения соответствует вполне определенное превышение температуры провода над температурой окружающей среды.

Понижение температуры проводника после прекращения тока нагрузки представляется зависимостью 2 на рис. 7.5.

которая является зеркальным отображением кривой нагрева 1.

Допустимый ток - это такой ток, при длительном протекании которого проводник нагревается до допустимой температуры.

При протекании тока в проводнике с сопротивлением за единицу времени выделяется количество теплоты

Рис. 7.6

где

– коэффициент перевода электрической мощности в теплоту;

–удельное сопротивление проводника;

- длина проводника;

– его поперечное сечение (рис. 7.6.).

Отдаваемое в окружающую среду количество теплоты равно

где – коэффициент теплопроводности, равный количеству теплоты, отводимой в окружающую среду в единицу времени через единицу поверхности охлаждения при разности температур между проводником и окружающей средой в 1 °С; – поверхность охлаждения проводника (рис. 7.6).