categorii: Electricieni novici, Electrician industrial
Număr de vizualizări: 14968
Comentarii la articol: 4

Ceea ce determină curentul de cablu admis pe termen lung

 

Ce determină curentul de cablu admis pe termen lung? Pentru a răspunde la această întrebare, va trebui să luăm în considerare procesele termice tranzitorii care apar în condiții în care un curent electric curge prin conductor. Încălzirea și răcirea unui conductor, temperatura acestuia, conexiunea cu rezistența și secțiunea transversală - toate acestea vor face obiectul acestui articol.


Procesul de tranziție

Ceea ce determină curentul de cablu admis pe termen lung

Pentru început, luați în considerare un conductor cilindric convențional cu lungimea L, diametrul d, aria secțiunii transversale F, rezistența R, volumul V, evident egal cu F * L, prin care curge curentul I, căldura specifică a metalului din care este realizat conductorul - C, masa conductorului este egal cu

m = V * Ω,

unde Ω este densitatea metalului conductorului, S = pi * d * L este aria peretelui lateral prin care se produce răcirea, Tpr este temperatura curentă a conductorului, T0 este temperatura mediului și, în consecință, T = Tpr - T0 este schimbarea temperaturii. KTP este coeficientul de transfer de căldură, caracterizând numeric cantitatea de căldură transferată de la o suprafață unitară a unui conductor în 1 secundă la o diferență de temperatură de 1 grad.

Graficele curentului și temperaturii în conductor în timp

Figura prezintă grafice ale curentului și temperaturii în conductor în timp. Din timpul t1 până în momentul t3, curentul am trecut prin conductor.

Aici puteți vedea cum, după pornirea curentului, temperatura conductorului crește treptat, iar la momentul t2 încetează să crească, se stabilizează. Dar după oprirea curentului la ora t3, temperatura începe să scadă treptat, iar la momentul t4 devine din nou egală cu valoarea inițială (T0).

Așadar, este posibil să se scrie ecuația balanței de căldură, o ecuație diferențială pentru procesul de încălzire a conductorului, unde se va reflecta că căldura degajată pe conductor este parțial absorbită de conductor și în parte este dată mediului. Iată ecuația:

În partea stângă a ecuației (1) se află cantitatea de căldură eliberată în conductor în timpul dt, trecerea curentului I.

Primul termen din partea dreaptă a ecuației (2) este cantitatea de căldură absorbită de materialul conductor, din care temperatura conductorului a crescut cu grade dT.

Al doilea termen în partea dreaptă a ecuației (3) este cantitatea de căldură care a fost transferată de la conductor la mediu în timpul dt și este legată de suprafața conductorului S și de diferența de temperatură T prin coeficientul de conductivitate termică Ktp.

În primul rând, când curentul este pornit, toată căldura degajată în conductor este folosită pentru încălzirea directă a conductorului, ceea ce duce la o creștere a temperaturii sale, iar acest lucru se datorează capacității de căldură C a materialului conductor.

Odată cu creșterea temperaturii, diferența de temperatură T între conductorul însuși și respectiv mediul, crește, iar căldura generată parțial merge deja pentru a crește temperatura mediului.

Atunci când temperatura conductorului atinge o valoare stabilă constantă de Tust, în acest moment toată căldura eliberată de pe suprafața conductorului este transferată în mediu, astfel încât temperatura conductorului nu mai crește.

Soluția ecuației diferențiale a balanței de căldură va fi:

În practică, acest proces tranzitoriu nu durează mai mult de trei constante de timp (3 * τ), iar după acest timp temperatura atinge 0,95 * Tust. Când procesul de tranziție de încălzire se oprește, ecuația de echilibru termic este simplificată, iar temperatura în stare de echilibru poate fi ușor exprimată:


Curent admis

Acum putem ajunge la valoarea exactă a curentului pare a fi un curent permis pe termen lung pentru un conductor sau un cablu. Evident, pentru fiecare conductor sau cablu există o anumită temperatură continuă normală, conform documentației sale.Aceasta este o astfel de temperatură la care un cablu sau un fir poate fi continuu și mult timp, fără a dăuna pentru sine și pentru ceilalți.


Din ecuația de mai sus devine clar că o valoare specifică curentă este asociată cu o astfel de temperatură. Acest curent se numește Curent de cablu admis. Acesta este un astfel de curent, care, atunci când trece prin conductor mai mult timp (mai mult de trei constante de timp), îl încălzește la un nivel admisibil, adică temperatura normală Tdd.

Aici: Idd - curent de conductor admis pe termen lung; TDD - temperatura admisibilă a conductorului.

Pentru a rezolva problemele practice, este cel mai convenabil să se determine curentul admis pe termen lung, în conformitate cu tabelele speciale din PUE.

Tipul conductorului
Temperatura admisă
Temperatura admisă pe termen scurt
Conductor sau autobuz
70despreC
Cupru - 300despreC
Conductor sau autobuz
70despreC
Aluminiu - 200despreC
Cablu în izolație de hârtie până la 3 kV
80despreC
200despreC
Cablu în izolație de hârtie până la 6 kV
65despreC
200despreC
Cablu în izolație de hârtie până la 10 kV
60despreC
200despreC
Cablu în izolație de hârtie până la 35 kV
50despreC
125despreC
Cablu cu izolație de cauciuc până la 1 kV
65despreC
150despreC
Cablu în izolație PVC până la 1 kV
65despreC
150despreC
Cablu izolat XLPE până la 1 kV
90despreC
250despreC

În cazul unui scurtcircuit, un curent de scurtcircuit semnificativ curge prin conductor, care poate încălzi semnificativ conductorul, depășind temperatura normală. Din acest motiv, conductorii sunt caracterizați printr-o secțiune minimă bazată pe condiția încălzirii pe termen scurt a conductorului de un curent de scurtcircuit:

Aici: Ik - curent de scurtcircuit în amperi; tp este durata redusă a curentului de scurtcircuit în câteva secunde; C este un coeficient care depinde de materialul și construcția conductorului și de temperatura admisă pe termen scurt.

Cablu electric în magazin

Secțiunea Conexiune

Acum să vedem cum curentul admis pe termen lung depinde de secțiunea transversală a conductorului. După ce a exprimat aria peretelui lateral prin diametrul conductorului (formula de la începutul articolului), acceptând că rezistența este legată de zona secțiunii transversale și rezistența specifică a materialului conductorului și înlocuind formula binecunoscută pentru rezistență în formula Idd, dată mai sus, obținem pentru o formulă Idd curentă admisă pe termen lung. :

Este ușor de observat că relația dintre curentul admisibil pe termen lung al conductorului Idd și secțiunea F nu este direct proporțională, aici zona secțiunii transversale este ridicată la puterea ¾, ceea ce înseamnă că curentul admisibil pe termen lung crește mai lent decât secțiunea transversală a conductorului. Alte constante, cum ar fi rezistivitatea, coeficientul de transfer de căldură, temperatura admisibilă, sunt individuale prin definiție pentru fiecare conductor.

În realitate, dependența nu poate fi directă, deoarece cu cât secțiunea transversală a conductorului este mai mare, cu atât condițiile de răcire ale straturilor interioare ale conductorului sunt mai grave, cu atât temperatura este mai acceptabilă la o densitate mai mică a curentului.

Dacă utilizați conductoare cu secțiune mai mare pentru a evita supraîncălzirea, acest lucru va duce la un consum excesiv de material. Este mult mai profitabil să folosiți mai mulți conductori cu secțiune mică, așezate în paralel, adică să folosiți conductoare sau cabluri multicore. Iar relația dintre curentul permis pe termen lung și zona transversală în ansamblu se dovedește astfel:

F
1
2
4
eudd
1
1,68
2,83

Curent și temperatură

Pentru a calcula temperatura conductorului la un curent cunoscut și condiții externe date, luați în considerare starea de echilibru când temperatura conductorului atinge Tust și nu mai crește. Date inițiale - curentul I, coeficientul de transfer de căldură Ktp, rezistența R, zona peretelui lateral S, temperatura mediului T0:

Un calcul similar pentru curent continuu:

Aici, T0 este luat ca temperatura ambiantă calculată, de exemplu + 15 ° C pentru așezarea sub apă și în pământ, sau + 25 ° C pentru așezarea în aer liber. Rezultatele acestor calcule sunt prezentate în tabele de curenți continueși pentru aer au o temperatură de + 25 ° C, deoarece aceasta este temperatura medie a celei mai calde luni.

Împărțind prima ecuație la a doua și exprimând temperatura conductorului, putem obține o formulă pentru găsirea temperaturii conductorului la un curent diferit de cel pe termen lung admis și la o temperatură ambiantă dată, dacă se cunoaște un curent admis pe termen lung și o temperatură admisă pe termen lung și nu este necesar să recurgeți la alte constante:

Din această formulă se vede că creșterea temperaturii este proporțională cu pătratul curentului, iar dacă curentul crește de 2 ori, atunci creșterea temperaturii va crește de 4 ori.

Cablu electric în panoul electric

Dacă condițiile externe diferă de design

În funcție de condițiile externe reale, care pot diferi de cele calculate, în funcție de metoda de așezare, de exemplu, mai mulți conductori (cabluri) situate în paralel sau așezate la sol la o temperatură diferită, este necesară o ajustare a curentului maxim admis.

Apoi, se introduce factorul de corecție Kt, prin care curentul admis pe termen lung se înmulțește în condiții cunoscute (tabulare). Dacă temperatura externă este mai mică decât cea calculată, atunci coeficientul este mai mare decât unul; dacă este mai mare decât cel calculat, atunci, în consecință, Kt este mai mic decât unul.

Atunci când se așează mai mulți conductori paraleli foarte aproape unul de celălalt, se vor încălzi suplimentar, dar numai dacă mediul înconjurător este staționar. Condițiile reale duc adesea la faptul că mediul este mobil (aer, apă), iar convecția duce la răcirea conductorilor.

Dacă mediul este aproape staționar, de exemplu, când așezați într-o conductă subterană sau într-o conductă, atunci încălzirea reciprocă va provoca o scădere a curentului admis pe termen lung, iar aici trebuie să introduceți din nou factorul de corecție Kn, care este prezentat în documentația pentru cabluri și fire.

Consultați și la i.electricianexp.com:

  • Acțiunea termică a curentului, densitatea curentului și influența lor asupra încălzirii conductoarelor
  • Cum se calculează temperatura filamentului unei lămpi cu filament în modul nominal
  • Cum să aflați câtă putere poate rezista un cablu sau un fir
  • Cupru sau aluminiu - care este mai profitabil?
  • Cum să alegeți o secțiune de cablu - sfaturi pentru designer

  •  
     
    Comentarii:

    # 1 a scris: | [Cite]

     
     

    În general, fiecare furnizor de cabluri sau cabluri care se respectă în sine furnizează astăzi tabele de însoțire, unde pentru un anumit fir în diferite condiții puteți găsi cu ușurință un curent admis pe termen lung și să nu vă confundați greșit. Producătorul însuși face toate calculele și calculele necesare, iar consumatorul poate alege doar din tabel un cablu sau un fir de secțiune adecvată și modificările necesare.

     
    Comentarii:

    # 2 a scris: Anatoli | [Cite]

     
     

    Așa este! Dar nu numai când așezați cablul în pământ, ci și când îl așezați direct în porțile de sub tencuială, condițiile pentru așezarea cablului pot diferi de cele calculate (din păcate, în documentele de reglementare și tehnice, inclusiv PUE, această problemă nu este acordată atenția cuvenită), de aici erorile la așezarea cablului De exemplu, conform PUE, curentul nominal al cablului atunci când este așezat în conductă, iar ondularea din PVC este, în esență, o conductă flexibilă din PVC, curentul nominal al cablului, cu un factor de umplere a ondulării cu un cablu de 0,3 - 0,5, este de 21 amperi și în nisip - tencuială de ciment - 20 amperi. Dacă utilizați GOST RM EK 60287 - 2 - 1 - 2009, atunci știind că rezistența termică a tencuielii de ciment cu nisip, în medie, este de 1 (m * grade Celsius / Watt), iar rezistența termică a plămânului din beton aerat este egal cu 10 (m * grad Celsius / Watt), obținem că curentul nominal al curentului de cablu din beton aerat este 20 * 20/10 = 40, extragem rădăcina pătrată și obținem aproximativ 7,1 ampere, practica de operare a arătat că în condiții reale de așezare, când o parte este acoperită cu gips, curentul nominal al cablului este de aproximativ 10 amperi, de două ori și mai puțin decât în ​​tencuială de nisip și ciment. Același lucru este valabil și pentru alte materiale de construcție. În cazul în care cablul se întinde pe o secțiune extinsă din beton aerat, gips etc., conform PUE, curentul nominal al cablului trebuie selectat în funcție de cele mai proaste condiții pentru stabilirea acestuia sau a curentului la 10 amperi și un întreruptor de 6 amperi cayuel. DAR, dacă așezați cablul și, de asemenea, firul, astfel încât învelișul să nu-l împiedice să se răcească mai bine, atunci curentul nominal al cablului este de 21 amperi, deoarece mediul de amplasare a acestuia nu s-a schimbat.Iar practica de exploatare confirmă faptul că este așa. Astfel, cel mai important scop al ondulării este păstrarea curentului nominal al cablului indiferent de condițiile de așezare a acestuia, adică indiferent de rezistența termică a materialelor pe care este așezat cablul. Ondularea este special concepută pentru a satisface această cerință. păstrând curentul nominal al cablului, energia termică eliberată de cablu este absorbită de aerul din ondulare și de materialul ondulării în sine prin convecție și radiații de căldură, iar transferul de căldură nu joacă un rol semnificativ rolul de răcire a cablului, datorită rezistenței termice foarte mari a aerului și a ondulației în sine, desigur, atunci când se așează pe materiale cu rezistență termică scăzută, temperatura ondulării scade și este capabil să absoarbă mai multă energie termică, dar această reducere nu este semnificativă, chiar și atunci când se pune cablul în ondularea în beton aerat , rezistența termică a betonului aerat nu este mai mare de 18 - 20% din rezistența termică a aerului în ondulare. Temperatura va fi mai mare decât temperatura admisă, iar într-un mediu cu rezistență termică scăzută, cablul va avea o temperatură atunci când se va așeza în ondulare chiar mai mică decât cea maximă admisă. .

     
    Comentarii:

    # 3 a scris: Nicholas | [Cite]

     
     

    Orice curent care curge continuu în condiții externe constante corespunde unei temperaturi bine stabilite a stării de echilibru a conductorului. Mărimea curentului de lungă durată la care temperatura devine maxim admisibil pentru o anumită marcă de sârmă sau cablu se numește încărcarea de curent admisă pe termen lung.

    Mărimea curentului admis pe termen lung depinde de materialul și secțiunea transversală a conductorului, de temperatura ambientală, de materialul de izolare și de metoda de așezare. Modul de funcționare a firelor și cablurilor contează și el. În funcționarea intermitentă, sarcina de curent admisibilă poate fi crescută. Pentru a determina valoarea curentului admis pe termen lung, este important să cunoaștem cea mai ridicată temperatură ambientală pozitivă, deoarece la temperaturi scăzute la același curent sunt prevăzute condiții de lucru mai favorabile ale cablurilor și cablurilor.

     
    Comentarii:

    # 4 a scris: Alex | [Cite]

     
     

    Nu este clar - ca pentru un fir cu secțiune pătrată de 2 mm, rezistența curentă este de doar 1,68 A ???

    25Puteți ușor, nu înțeleg nimic ...