Hvad bestemmer den langsigtede tilladte kabelstrøm

Hvad bestemmer den langsigtede tilladte kabelstrøm? For at besvare dette spørgsmål bliver vi nødt til at overveje kortvarige termiske processer, der opstår under forhold, når en elektrisk strøm strømmer gennem lederen. Opvarmning og afkøling af en leder, dens temperatur, forbindelse med modstand og tværsnit - alt dette vil være genstand for denne artikel.

Overgangsproces

Til at begynde med skal du overveje en konventionel cylindrisk leder med længde L, diameter d, tværsnitsareal F, modstand R, volumen V, åbenbart lig med F * L, gennem hvilken strøm I strømmer, den specifikke varme i metallet, som lederen er lavet af - C, lederens masse er lig med

m = V * Ω,

hvor Ω er densiteten af ​​lederen af ​​metal, S = pi * d * L er det område af den sidevæg, gennem hvilken der afkøles, hvor Tpr er lederens aktuelle temperatur, T0 er den omgivende temperatur, og følgelig er T = Tpr - T0 temperaturændringen. KTP er varmeoverførselskoefficienten, der numerisk karakteriserer mængden af ​​varme, der overføres fra en enhedsoverflade af en leder på 1 sekund ved en temperaturforskel på 1 grad.

Figuren viser graferne over strømmen og temperaturen i lederen over tid. Fra tid t1 til tid t3, strømede jeg strøm gennem lederen.

Her kan du se, hvordan temperaturen på lederen gradvist stiger efter tænding af strømmen, og på tidspunktet t2 ophører med at stige, stabiliseres. Men efter at strømmen er slukket på tidspunktet t3, begynder temperaturen gradvist at falde, og på tidspunktet t4 bliver den igen lig med den oprindelige værdi (T0).

Så det er muligt at nedskrive varmebalance-ligningen, en differentialligning til opvarmning af lederen, en differentialligning, hvor det vil blive reflekteret, at den varme, der frigøres på lederen, delvis absorberes af lederen selv og delvis gives til miljøet. Her er ligningen:

På venstre side af ligning (1) er mængden af ​​varme, der frigøres i lederen i løbet af tiden dt, passagen af ​​strøm I.

Den første term på højre side af ligning (2) er mængden af ​​varme, der absorberes af ledermaterialet, hvorfra lederens temperatur steg med dT grader.

Den anden term på højre side af ligning (3) er mængden af ​​varme, der blev overført fra lederen til miljøet i løbet af tiden dt, og det er relateret til overfladen af ​​lederen S og temperaturforskellen T gennem den termiske ledningsevne koefficient Ktp.

Først når strømmen er tændt, bruges al den frigjorte varme i lederen til at opvarme lederen direkte, hvilket fører til en stigning i dens temperatur, og dette skyldes varmekapaciteten C i ledermaterialet.

Med stigende temperatur stiger temperaturforskellen T mellem selve lederen og miljøet i overensstemmelse hermed, og den genererede varme delvis går allerede for at øge omgivelsestemperaturen.

Når temperaturen på lederen når en stabil stabil værdi af Tust, overføres på dette tidspunkt al den varme, der frigøres fra lederens overflade til miljøet, så temperaturen i lederen ikke længere vokser.

Løsningen på den differentielle varmebalance ligning vil være:

I praksis varer denne kortvarige proces ikke mere end tre tidskonstanter (3 * τ), og efter dette tidspunkt når temperaturen 0,95 * Tust. Når overgangsprocessen med opvarmning stopper, forenkles ligebehandlingsligningen, og temperaturen i stabil tilstand kan let udtrykkes:

Tilladt strøm

Nu kan vi komme til den nøjagtige værdi af strømmen ser ud til at være en tilladt strøm på lang sigt for en leder eller et kabel. Det er klart, at der for hver leder eller kabel er en bestemt normal kontinuerlig temperatur i henhold til dens dokumentation.Dette er sådan en temperatur, ved hvilken et kabel eller ledning kan være kontinuerligt og i lang tid uden at skade sig selv og andre.

Fra ovennævnte ligning bliver det klart, at en specifik strømværdi er forbundet med en sådan temperatur. Denne strøm kaldes tilladt kabelstrøm. Dette er en sådan strøm, der, når man passerer gennem lederen i lang tid (mere end tre tidskonstanter), opvarmer den til en tilladt, dvs. normal temperatur Tdd.

Her: Idd - tilladt lederstrøm på lang sigt; TDD - tilladt ledertemperatur.

For at løse praktiske problemer er det mest praktisk at bestemme den tilladte strøm på lang sigt i henhold til specielle tabeller fra PUE.

Type af leder

Tilladt temperatur

Kortsigtet tilladt temperatur

Bare leder eller bus

70^cirkaC

Kobber - 300^cirkaC

Bare leder eller bus

70^cirkaC

Aluminium - 200^cirkaC

Kabel i papirisolering op til 3 kV

80^cirkaC

200^cirkaC

Kabel i papirisolering op til 6 kV

65^cirkaC

200^cirkaC

Kabel i papirisolering op til 10 kV

60^cirkaC

200^cirkaC

Kabel i papirisolering op til 35 kV

50^cirkaC

125^cirkaC

Kabel i gummiisolering op til 1 kV

65^cirkaC

150^cirkaC

Kabel i PVC-isolering op til 1 kV

65^cirkaC

150^cirkaC

XLPE isoleret kabel op til 1 kV

90^cirkaC

250^cirkaC

I tilfælde af kortslutning strømmer en betydelig kortslutningsstrøm gennem lederen, der kan opvarme lederen markant og overskrider dens normale temperatur. Af denne grund er ledere kendetegnet ved et minimalt tværsnit baseret på betingelsen for kortvarig opvarmning af lederen med en kortslutningsstrøm:

Her: Ik - kortslutningsstrøm i ampere; tp er den reducerede kortslutningsstrømvarighed i sekunder; C er en koefficient, der afhænger af lederens materiale og konstruktion og af den tilladte temperatur på kort sigt.

Sektionsforbindelse

Lad os nu se, hvordan den tilladte strøm på lang sigt afhænger af lederens tværsnit. Efter at have udtrykt sidevæggen gennem lederens diameter (formlen i begyndelsen af ​​artiklen) ved at acceptere, at modstanden er relateret til tværsnitsarealet og den specifikke modstand for lederens materiale, og erstatte den velkendte formel for modstand i formlen for Idd, givet ovenfor, opnår vi en langvarig tilladelig strøm Idd-formel :

Det er let at se, at forholdet mellem den langvarige tilladte strøm af lederen Idd og tværsnittet F ikke er direkte proportionalt, her hæves tværsnitsarealet til effekten ¾, hvilket betyder, at den tilladte langsigtede strøm stiger langsommere end lederens tværsnit. Andre konstanter, såsom resistivitet, varmeoverførselskoefficient, tilladt temperatur, er per definition individuelle for hver leder.

Faktisk er det, afhængigheden kan ikke være direkte, fordi jo større lederens tværsnit er, jo dårligere er kølebetingelserne i lederens indre lag, jo mere acceptabel temperatur opnås ved en lavere strømtæthed.

Hvis du bruger ledere med større tværsnit for at undgå overophedning, vil dette føre til et for stort forbrug af materiale. Det er meget mere rentabelt at bruge adskillige ledere med lille tværsnit, der er lagt parallelt, det vil sige bruge flerledere eller kabler. Og forholdet mellem den tilladte strøm på lang sigt og tværsnitsområdet som helhed viser sig sådan:

F

1

2

4

jegdd

1

1,68

2,83

Nuværende og temperatur

Hvis du vil beregne lederens temperatur ved en kendt strøm og givne eksterne forhold, skal du overveje den stabile tilstand, når temperaturen på lederen når Tust og ikke længere vokser. Startdata - strøm I, varmeoverførselskoefficient Ktp, modstand R, sidevægsområde S, omgivelsestemperatur T0:

En lignende beregning for kontinuerlig strøm:

Her tages T0 som den beregnede omgivelsestemperatur, for eksempel + 15 ° C til at lægge under vand og i jorden, eller + 25 ° C til at lægge i det fri. Resultaterne af sådanne beregninger er angivet i borde med kontinuerlige strømme, og for luft tager de en temperatur på + 25 ° C, fordi dette er den gennemsnitlige temperatur i den varmeste måned.

Ved at dele den første ligning med den anden og udtrykke lederens temperatur kan vi få en formel til at finde temperaturen på lederen ved en anden strøm end den tilladte langsigtede og ved en given omgivelsestemperatur, hvis der er kendt en tilladt langvarig strøm og en tilladt langvarig temperatur, og du ikke behøver at ty til at bruge andre konstanter:

Fra denne formel kan man se, at temperaturstigningen er proportional med kvadratet på strømmen, og hvis strømmen stiger med 2 gange, vil temperaturstigningen stige med 4 gange.

Hvis eksterne forhold adskiller sig fra designet

Afhængigt af de faktiske eksterne forhold, som kan afvige fra de beregnede, afhængigt af måde at lægge på, for eksempel flere ledere, der er parallelle parallelt (kabel) eller lagt i jorden ved en anden temperatur, kræves en justering af den maksimalt tilladte strøm.

Derefter introduceres korrektionsfaktoren Kt, hvorved den tilladte strøm på lang sigt multipliceres under kendte (tabelformede) forhold. Hvis den ydre temperatur er lavere end den beregnede, er koefficienten større end en; hvis den er højere end den beregnede, er Kt derfor mindre end en.

Når man lægger flere parallelle ledere meget tæt på hinanden, opvarmer de desuden hinanden, men kun hvis det omgivende miljø er stille. Faktiske forhold fører ofte til, at miljøet er mobil (luft, vand), og konvektion fører til afkøling af lederne.

Hvis mediet næsten er stationært, for eksempel når det lægges i et rør under jorden eller i en kanal, vil gensidig opvarmning medføre et fald i den tilladte strøm på lang sigt, og her skal du indtaste korrektionsfaktoren Kn igen, som er angivet i dokumentationen for kabler og ledninger.

Comments

[#1]

Generelt leverer enhver selv respekterende leverandør af ledninger eller kabler i dag ledsagende tabeller, hvor du til en bestemt ledning under forskellige forhold let kan finde en tilladt strøm på lang sigt og ikke tage fejl. Fabrikanten foretager selv alle de nødvendige beregninger og beregninger, og forbrugeren kan kun vælge fra et bord et kabel eller en tråd med passende sektion og den nødvendige ændring.

[#2 Anatoly]

Det er rigtigt! Men ikke kun når man lægger kablet i jorden, men også når man lægger det direkte i portene under gipsen, kan betingelserne for at lægge kablet afvige fra de beregnede (desværre i forskriftsmæssige og tekniske dokumenter, herunder PUE, er dette problem ikke under behørig opmærksomhed), deraf fejlene ved placering af kablet. F.eks. ifølge PUE er kablets nominelle strøm, når det lægges i røret, og PVC korrugering er i det væsentlige et fleksibelt PVC-rør, kablets nominelle strøm med en fyldningsfaktor af korrugeringen med et kabel på 0,3 - 0,5, er 21 ampere, og i sandet - cementpuds - 20 ampere. Hvis du bruger GOST RM EK 60287 - 2 - 1 - 2009, da du ved, at den termiske modstand for sand-cementpuds i gennemsnit er 1 (m * grader Celsius / Watt), og lungens termiske modstand af luftbeton er lig med 10 (m * grad Celsius / Watt), opnår vi, at den nominelle strømstyrke af kabelstrømmen i luftbeton er 20 * 20/10 = 40, vi udtrækker kvadratroden og får omkring 7,1 ampere, driftspraksis har vist, at under reelle lægningsbetingelser, når den ene side er dækket med gips, den nominelle strøm af kablet er ca. 10 ampere to gange og mindre end i sand- og cementpuds. Det samme gælder for andre byggematerialer. Hvis kablet strækker sig over et udvidet afsnit af luftbeton, gips osv. i henhold til PUE, skal kablets nominelle strøm vælges i henhold til de værste betingelser for at lægge det eller strømmen ved 10 ampere og en 6 amp amp-kajuelafbryder. MEN, hvis du lægger kablet og også ledningen, så hylsteret ikke forhindrer det i at køle bedre, er kablets nominelle strøm 21 ampere, da omgivelserne i dets lægning ikke er ændret.Og driftspraksis bekræfter, at dette er tilfældet. Derfor er det vigtigste formål med en korrugering at bevare kablets nominelle strøm uanset betingelserne for dets lægning, det vil sige uanset den termiske modstand i de materialer, som kablet er lagt på. Korrugeringen er specielt designet til at imødekomme dette krav ved at bevare kablets nominelle strøm, absorberes den termiske energi, der frigøres af kablet, af luften i korrugeringen og materialet i selve korrugeringen ved konvektion og varmestråling, og varmeoverførsel spiller ikke en væsentlig rolle rollen som afkøling af kablet på grund af den meget store termiske modstand i luften og selve korrugeringen, selvfølgelig, når man lægger på materialer med lav termisk modstand, falder korrugeringstemperaturen, og det er i stand til at absorbere mere termisk energi, men denne reduktion er ikke signifikant. Selv når man lægger kablet i korrugeringen i luftbeton , den termiske modstand for luftbeton er ikke mere end 18 - 20% af den termiske modstand af luft i korrugeringen. Det vil sige, selv med en uendelig stor modstand fra det ydre miljø for at lægge korrugeringen, opvarmes ikke kablet ved nominel strøm nu Temperaturen vil være højere end den tilladte temperatur, og i et miljø med lav termisk modstand vil kablet have en temperatur, når det lægges i korrugeringen endnu lavere end det maksimalt tilladte. Korrugeringen blev oprettet i stedet for stålrør, da forskellige materialer med forskellig termisk modstand langs kabeludlægningsruterne begyndte at blive brugt i konstruktionen .

[#3 Nicholas]

Enhver kontinuerlig strømning af strøm under konstante eksterne forhold svarer til en veldefineret stabil tilstand i lederen. Størrelsen af ​​den langvarige strøm, hvor temperaturen bliver den maksimalt tilladte for et givet mærke af tråd eller kabel, kaldes den tilladte strømbelastning på lang sigt.

Størrelsen af ​​den tilladte langvarige strøm afhænger af materialet og tværsnittet af lederen, den omgivende temperatur, isoleringsmaterialet og lægningsmetoden. Funktionen af ​​ledninger og kabler er også vigtig. Ved periodisk drift kan den tilladte strømbelastning øges. For at bestemme værdien af ​​den tilladte strøm på lang sigt er det vigtigt at kende den højeste positive omgivelsestemperatur, da der ved lave temperaturer ved den samme strøm er tilvejebragt mere gunstige arbejdsforhold for ledninger og kabler.

[#4 Alex]

Det er ikke klart - som for en ledning med et kvadratisk tværsnit på 2 mm er strømstyrken kun 1,68 A ???

25A du kan let, jeg forstår ikke noget ...