Тепловые характеристики проводов и кабелей

Как известно, прохождение электрического тока по проводнику вызывает выделение тепловой энергии, которая, согласно закону Джоуля- Ленца пропорциональна квадрату тока и сопротивлению проводника и времени прохождения тока:

W= 0,24 I² R t

Потери активной мощности при прохожде­нии тока по электрической сети вызваны расходом энергии нагрев проводов и кабелей. Найти температуру нагрева про­хода при длительном протекании того или иного тока можно из уравнения баланса мощности, расходуемой на нагрев провода, и мощности, отводимой от поверхности рассматриваемого провода. Совершенно аналогично определяется установившая температура кабеля.

Уравнение баланса мощности может быть записано в виде

I r_o = kF_П0B ( _np — _cp), (3-9)

где k — коэффициент теплоотдачи, равный количеству тепла (вт), отводимого в 1 сек с 1 см² поверхности провода при раз­ности температур провода и окружающей среды в 1°;

Fпов — поверхность провода, см²;

r₀ — активное сопротивление единицы длины про­вода;

( _np — _cp),— соответственно температура провода и окружающей среды.

Левая часть уравнения (3-9) характеризует мощность, расходуемую на нагрев, а правая — мощность, отводимую при охлаждении в окружающую среду.

Для проводов воздушных линий предельная температура нагрева выбрана из условий работы соединителей, с помощью которых отдельные участки провода механически и электрически соединены друг с другом и не превышает +70 ⁰ С

Для изолированных проводов, имеющих резиновую или полихлорвиниловую изоляцию, предельно допускаемая температура жилы принимается равной +65°С. Эта температура принимается из условий сохранности изоляции.

Допускаемая температура жил кабелей для разного напря­жения установлена различной и изменяется в пределах от +80°С (для кабелей до 3 кв ) до +50°С (кабели до 35 кв). Такие значения температуры для кабелей 3,6 и 10 кв установ­лены для предотвращения разрушения кабельной бумаги под влиянием высокой температуры.

Для кабелей напряжения 35кВ допускаемая температура дополнительно снижается для уменьшения газовых включений внутри кабеля. Эти включения появляются при нагревании кабеля и последующим его охлаждением при изменении нагрузки вследствие различных коэффициентов температурного расширения различных элементов конструкции кабеля. При большой протяжённости электрического поля высоковольтных кабелей газовые включения могут обеспечить возникновения пробоя.

При заданной предельно допускаемой температуре провода или жилы кабеля из уравнения (3-9) может быть определен ток, который при тех или иных условиях охлаждения обусло­вит достижение предельной температуры. Максимальное значение тока, соответствующее предельной температуре называется предельным допустимым током по нагреву.

и , тогда

Формула (3-10) показывает, что величина допускаемого тока зависит от сечения и материала провода (F, р), условий охлаждения, определяемых коэффициентом теплоотдачи k и температурой окружающей среды. Этими же условиями опре­деляется и предельный допускаемый ток для кабелей.

Чем большим удельным сопротивлением обладает материал, тем меньший ток допускается для провода по условиям нагрева.

Для голых проводов температура окружающей среды принята равной +25°С;

Для кабелей, проложенных в земле или воде +15°С;

для кабелей, проложенных на воздухе +25°С.

Теплоотдача с поверхности кабелей, проложенных в одной траншее, зависит от числа проложенных кабелей и от расстоя­ния между ними. Очевидно, что при большем числе кабелей в траншее и более близком их расположении относительно друг друга, условия охлаждения кабелей будут хуже. Поэтому при определении допустимых токов на кабели, проложенные в одной траншее, в табличные данные* вносятся поправки, учи­тывающие изменения в условиях охлаждения.

При повторно – кратковременном режиме работы электроприёмника во время рабочего периода, в течение кото­рого выделение энергии на нагрев сопровождается отводом тепла в окружающую среду, нерабочий период характеризует­ся только процессом охлаждения. Поэтому весь цикл в целом может обусловить лучшие условия охлаждения, нежели при постоянном протекании тока.

Для медных проводников с сечением более 10 мм² и алю­миниевых— более 16 мм² «Правилами устройства электротех­нических установок» при повторно-кратковременных нагрузках допускаются большие токи, нежели в режиме длительной ра­боты. Допустимая величина этих токов

(3-11)

где /_д — длительно допустимый ток для данного сечения про­водника;

ПВ — продолжительность включения (рабочего периода), выраженная в относительных величинах:

ПВ= t _P /t_ц (t_ц — продолжительность цикла).

При коротких замыканиях значительно возрастают токи, протекающие по проводникам. Значения предельной допусти­мой температуры для аварийных режимов принимаются суще­ственно большими, нежели для нормальных режимов. Это объясняется кратковременностью аварийных режимов и незна­чительным числом коротких замыканий, с вероятностью воз­никновения которых приходится считаться. В качестве примера можно указать, что для жил кабелей с пропитанной бумажной изоляцией и сталеалюминиевых проводов в качестве предельно Допустимой при коротких замыканиях принимают температуру + 200°С. Несмотря на такое значительное превышение допусти­мой температуры, возникающие короткие замыкания могут обусловить нагрев кабелей, превосходящий допустимые преде­лы. В случаях, когда такая опасность существует, приходится увеличивать сечение проводников сверх значений, необходи­мых по условиям нагрева в нормальных режимах. Соответст­вующие решения принимаются на основе расчетов на термиче­скую устойчивость проводников. Сущность методики таких расчетов заключается в определении некоторых установивших­ся токов, эквивалентных по своему термическому воздействию кратковременным токам короткого замыкания, изменяющимся во времени.

Дата добавления: 2014-01-07