script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Способы прокладки кабелей их длительно допустимые токи

Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

Если электрический ток будет протекать по проводнику в течение длительного времени, в этом случае установится определенная стабильная температура данного проводника, при условии неизменной внешней среды. Величины токов, при которых температура достигает максимального значения, в электротехнике известны как длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. Данные величины соответствуют определенным маркам проводов и кабелей. Они зависят от изоляционного материала, внешних факторов и способов прокладки. Большое значение имеет материал и сечение кабельно-проводниковой продукции, а также режим и условия эксплуатации.

  1. Причины нагрева кабеля
  2. Расчет допустимой силы тока по нагреву жил
  3. Условия теплоотдачи
  4. Таблица нагрузок по сечению кабеля
  5. Таблица для определения допустимого тока

Причины нагрева кабеля

Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

Причины повышения температуры проводников тесно связаны с самой природой электрического тока. Всем известно, что по проводнику под действием электрического поля упорядоченно перемещаются заряженные частицы – электроны. Однако для кристаллической решетки металлов характерны высокие внутренние молекулярные связи, которые электроны вынуждены преодолевать в процессе движения. Это приводит к высвобождению большого количества теплоты, то есть, электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Данное явление похоже на выделение теплоты под действием трения, с той разницей, что в рассматриваемом варианте электроны соприкасаются с кристаллической решеткой металла. В результате, происходит выделение тепла.

Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

Такое свойство металлических проводников имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Эффект нагрева используется на производстве и в быту, как основное качество различных устройств, например, электрических печей или электрочайников, утюгов и другой техники. Отрицательными качествами являются возможные разрушения изоляции при перегреве, что может привести к возгоранию, а также выходу из строя электротехники и оборудования. Это означает, что длительные токовые нагрузки для проводов и кабелей превысили установленную норму.

Существует множество причин чрезмерного нагрева проводников:

  • Основной причиной часто становится неправильно выбранное сечение кабеля. Каждый проводник обладает собственной максимальной пропускной способностью тока, измеряемого в амперах. Прежде чем подключать тот или иной прибор, необходимо установить его мощность и только потом выбирать сечение. Выбор следует делать с запасом мощности от 30 до 40%.
  • Другой, не менее распространенной причиной, считаются слабые контакты в местах соединений – в распределительных коробках, щитках, автоматических выключателях и т.д. При плохом контакте провода будут нагреваться, вплоть до их полного перегорания. Во многих случаях достаточно проверить и подтянуть контакты, и чрезмерный нагрев исчезнет.
  • Довольно часто контакт нарушается из-за неправильного соединения медных и алюминиевых проводов. Чтобы избежать окисления в местах соединений этих металлов, необходимо использовать клеммники.

Для правильного расчета сечения кабеля нужно вначале определить максимальные токовые нагрузки. С этой целью сумма всех номинальных мощностей у используемых потребителей, должна быть поделена на значение напряжения. Затем, с помощью таблиц можно легко подобрать нужное сечение кабеля.

Расчет допустимой силы тока по нагреву жил

Правильно выбранное сечение проводника не допускает падений напряжения, а также излишних перегревов под воздействием проходящего электротока. То есть, сечение должно обеспечивать наиболее оптимальный режим работы, экономичность и минимальный расход цветных металлов.

Сечение проводника выбирается по двум основным критериям, как допустимый нагрев и допустимая потеря напряжения. Из двух значений сечения, полученных при расчетах, выбирается большая величина, округляемая до стандартного уровня. Потеря напряжения оказывает серьезное влияние преимущественно на состояние воздушных линий, а величина допустимого нагрева оказывает серьезное влияние на переносные шланговые и подземные кабельные линии. Поэтому сечение для каждого вида проводников определяется в соответствии с этими факторами.

Понятие допустимой силы тока по нагреву (Iд) представляет собой протекающую по проводнику силу тока в течение длительного времени, в процессе которого появляется значение длительно допустимой температуры нагрева. При выборе сечения необходимо соблюдение обязательного условия, чтобы расчетная сила тока Iр соответствовала допустимой силе тока по нагреву Iд. Значение Iр определяется по следующей формуле: Iр, в которой Рн является номинальной мощностью в кВт; Кз – коэффициент загрузки устройства, составляющий 0,8-0,9; Uн – номинальное напряжение устройства; hд – КПД устройства; cos j – коэффициент мощности устройства 0,8-0,9.

Таким образом, любому току, протекающему через проводник в течение длительного времени, будет соответствовать определенное значение установившейся температуры проводника. При этом, внешние условия, окружающие проводник, остаются неизменными. Величина тока, при которой температура данного кабеля считается максимально допустимой, известна в электротехнике, как длительно допустимый ток кабеля. Этот параметр зависит от материала изоляции и способа прокладки кабеля, его сечения и материала жил.

Когда рассчитываются длительно допустимые токи кабелей, обязательно используется значение максимальной положительной температуры окружающей среды. Это связано с тем, что при одинаковых токах теплоотдача происходит значительно эффективнее в условиях низких температур.

В разных регионах страны и в разное время года температурные показатели будут отличаться. Поэтому в ПУЭ имеются таблицы с допустимыми токовыми нагрузками для расчетных температур. Если же температурные условия значительно отличаются от расчетных, существуют поправки с помощью коэффициентов, позволяющих рассчитать нагрузку для конкретных условий. Базовое значение температуры воздуха внутри и вне помещений устанавливается в пределах 250С, а для кабелей, проложенных в земле на глубине 70-80 см – 150С.

Расчеты с помощью формул достаточно сложные, поэтому на практике чаще всего используется таблица допустимых значений тока для кабелей и проводов. Это позволяет быстро определить, способен ли данный кабель выдержать нагрузку на данном участке при существующих условиях.

Условия теплоотдачи

Наиболее эффективными условиями для теплоотдачи является нахождение кабеля во влажной среде. В случае прокладки в грунте, отведение тепла зависит от структуры и состава грунта и количества влаги, содержащейся в нем.

Для того чтобы получить более точные данные, необходимо определить состав почвы, влияющий на изменение сопротивления. Далее с помощью таблиц находится удельное сопротивление конкретного грунта. Данный параметр может быть уменьшен, если выполнить тщательную трамбовку, а также изменить состав засыпки траншеи. Например, теплопроводность пористого песка и гравия ниже, чем у глины, поэтому кабель рекомендуется засыпать глиной или суглинком, в которых отсутствуют шлаки, камни и строительный мусор.

Воздушные кабельные линии обладают плохой теплоотдачей. Она ухудшается еще больше, когда проводники прокладываются в кабель-каналах с дополнительными воздушными прослойками. Кроме того, кабели, расположенные рядом, подогревают друг друга. В таких ситуациях выбираются минимальные значения нагрузок по току. Чтобы обеспечить благоприятные условия эксплуатации кабелей, значение допустимых токов рассчитывается в двух вариантах: для работы в аварийном и длительном режиме. Отдельно рассчитывается допустимая температура на случай короткого замыкания. Для кабелей в бумажной изоляции она составит 2000С, а для ПВХ – 1200С.

Значение длительно допустимого тока и допустимая нагрузка на кабель представляет собой обратно пропорциональную зависимость температурного сопротивления кабеля и теплоемкости внешней среды. Необходимо учитывать, что охлаждение изолированных и неизолированных проводов происходит в совершенно разных условиях. Тепловые потоки, исходящие от кабельных жил, должны преодолеть дополнительное тепловое сопротивление изоляции. На кабели и провода, проложенные в земле и трубах, существенно влияет теплопроводность окружающей среды.

Если в одной траншее прокладывается сразу несколько кабелей, в этом случае условия их охлаждения значительно ухудшаются. В связи с этим длительно допустимые токовые нагрузки на провода и кабели снижаются на каждой отдельной линии. Данный фактор нужно обязательно учитывать при расчетах. На определенное количество рабочих кабелей, проложенных рядом, существуют специальные поправочные коэффициенты, сведенные в общую таблицу.

Таблица нагрузок по сечению кабеля

Передача и распределение электрической энергии совершенно невозможно без проводов и кабелей. Именно с их помощью электрический ток подводится к потребителям. В этих условиях большое значение приобретает токовая нагрузка по сечению кабеля, рассчитываемая по формулам или определяемая с помощью таблиц. В связи с этим, сечения кабелей подбираются в соответствии с нагрузкой, создаваемой всеми электроприборами.

Читайте также:  Генераторы постоянного тока стоимость

Предварительные расчеты и выбор сечения обеспечивают бесперебойное прохождение электрического тока. Для этих целей существуют таблицы с широким спектром взаимных связей сечения с мощностью и силой тока. Они используются еще на стадии разработки и проектирования электрических сетей, что позволяет в дальнейшем исключить аварийные ситуации, влекущие за собой значительные затраты на ремонт и восстановление кабелей, проводов и оборудования.

Существующая таблица токовых нагрузок кабелей, приведенная в ПУЭ показывает, что постепенный рост сечения проводника вызывает снижение плотности тока (А/мм2). В некоторых случаях вместо одного кабеля с большой площадью сечения, более рациональным будет использование нескольких кабелей с меньшим сечением. Однако, данный вариант требует экономических расчетов, поскольку при заметной экономии цветного металла жил, возрастают затраты на устройство дополнительных кабельных линий.

Выбирая наиболее оптимальное сечение проводников с помощью таблицы, необходимо учитывать несколько важных факторов. Во время проверки на нагрев, токовые нагрузки на провода и кабели принимаются из расчета их получасового максимума. То есть, учитывается средняя максимальная получасовая токовая нагрузка для конкретного элемента сети – трансформатора, электродвигателя, магистралей и т.д.

Кабели, рассчитанные на напряжение до 10 кВ, имеющие пропитанную бумажную изоляцию и работающие с нагрузкой, не превышающей 80% от номинала, допускается краткосрочная перегрузка в пределах 130% на максимальный период 5 суток, не более 6 часов в сутки.

Когда нагрузка кабеля по сечению определяется для линий, проложенных в коробах и лотках, ее допустимое значение принимается как для проводов, уложенных открытым способом в лотке в одном горизонтальном ряду. Если провода прокладываются в трубах, то это значение рассчитывается, как для проводов, уложенных пучками в коробах и лотках.

Если в коробах, лотках и трубах прокладываются пучки проводов в количестве более четырех, в этом случае допустимая токовая нагрузка определяется следующим образом:

  • Для 5-6 проводов, нагруженных одновременно, считается как при открытой прокладке с коэффициентом поправки 0,68.
  • Для 7-9 проводников при одновременной нагрузке – так же как при открытой прокладке с коэффициентом 0,63.
  • Для 10-12 проводников при одновременной нагрузке – так же как при открытой прокладке с коэффициентом 0,6.

Таблица для определения допустимого тока

Расчеты, выполняемые вручную, не всегда позволяют определить длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. В ПУЭ содержится множество разных таблиц, в том числе и таблица токовых нагрузок, содержащая готовые значения, применительно к различным условиям эксплуатации.

Характеристики проводов и кабелей, приведенные в таблицах, дают возможность нормальной передачи и распределения электроэнергии в сетях с постоянным и переменным напряжением. Технические параметры кабельно-проводниковой продукции находятся в очень широком диапазоне. Они различаются собственной маркировкой, количеством жил и другими показателями.

Таким образом, перегрев проводников при постоянной нагрузке можно исключить путем правильного подбора длительно допустимого тока и расчетов отведения тепла в окружающую среду.

Источник

Токовая нагрузка по сечению кабеля

При протекании электрического тока через проводник длительный период времени происходит нагрев проводника. Это связано с его электрическим сопротивлением движению заряженных частиц. Величина тока, при которой температура проводника максимальна и остаётся стабильной, зависит от сечения токоведущей жилы. Эта токовая нагрузка по сечению кабеля. Она зависит также от температуры внешней среды, методов прокладки и режима эксплуатации проводов и кабелей.

Перегрев проводника при прохождении тока

Основные понятия

Электрический ток, продвигая электроны через кристаллическую решётку металла, совершает работу, которая превращает электричество в тепло. Это выгодно, когда тепло используется для нагрева или освещения. Совсем нежелательно, когда оно вызывает перегрев проводов или кабелей, разрушение изоляции и возгорание. Чтобы подобного избежать, необходимо производить подбор проводников на выдерживание длительных токовых нагрузок. При этом рассматривают два основных фактора:

  • сечение провода;
  • плотность тока.

Внимание! Нагрев проводника может быть связан с плохим контактом в местах присоединений или с окислением в точках, где скручены вместе алюминиевые и медные провода. Такое происходит даже при правильном подборе сечения.

Сечение провода

Выбор сечения токопроводящей жилы рассматривают по двум характеристикам:

  • нагрев в допустимых пределах;
  • потеря напряжения.

Нагревание проводников критично для подземных и помещённых в шланговые или трубчатые футляры кабельных линий. Для воздушных линий электропередач (ЛЭП) серьёзное значение имеет потеря напряжения. На комбинированных участках из двух рассчитанных сечений выбирается большее с округлением до стандартной величины.

Важно! При выборе сечения из таблицы или расчётах по формулам необходимо предварительно определиться с условиями эксплуатации.

Чтобы рассчитать допустимый нагрев, необходимо ориентироваться на длительную допустимую температуру. Её значение зависит от допустимой силы тока Iд. Полученный в результате вычислений расчётный ток Iр не должен соответствовать Iд и ни в коем случае не превышать его. Выбирая сечение, пользуются следующей формулой для расчётного тока:

где:

  • Pн – номинальная мощность оборудования, Вт;
  • Uн – номинальное напряжение, В.

Формула справедлива для токов, проходящих через проводник, когда температура уже установилась, и внешние температурные факторы на неё не оказывают влияния. Длительно допустимый ток зависит от: сечения, материала проводника, изоляции и способа прокладки кабеля.

Формула для проверки падения напряжения на линии выглядит так:

∆U = (U – Uном) *100/ Uном,

где:

  • U – напряжения источника;
  • Uном – напряжение в точке подключения приёмника.

Максимальное отклонение должно составлять не более 10%.

Таблица нагрузок по сечению кабелей

Плотность тока

Это физическая величина, имеющая векторный характер. Обозначается буквой J и имеет формулу для расчета в виде:

где:

  • I – ток, А;
  • S – площадь поперечного сечения, мм2.

Иными словами, плотность тока – это количество тока проходящего через сечение проводника за единицу времени. Единица измерения – ампер на мм квадратный (А/мм2).

Плотность тока

Для чего нужен расчет сечения кабеля

К выбору сечения нужно подходить со всей ответственностью. Чтобы знать, кабель 3х4 сколько выдерживает киловатт, надо уметь расшифровать цифры. Такая маркировка обозначает то, что в кабель имеет три жилы, с сечением по 4 мм2. Далее уже можно смотреть по таблице напряжения и мощности для выбора сечения.

Правильно подобранное сечение кабеля позволит смонтированным сетям не перегреваться, выдерживать даже кратковременные нагрузки, в 2-3 раза превышающие номинальную величину. Это создаёт определённый запас по току в случае увеличения количества и мощности включённых в сеть потребителей. Нагруженный по максимуму провод не будет нагреваться и создавать опасность самовозгорания, повлекшую за собой пожар на объекте.

В квартире при скрытой проводке обнаружить точное место повреждения сложно, требуется замена всего участка с выполнением штробы и последующего ремонта помещения.

Выбор по мощности

Нельзя просто так ответить на вопрос: «2 5 квадрата – сколько киловатт можно прицепить?». На сечение влияет диаметр жил кабеля, квт – это мощность потребителя.

Для каждого помещения нужно подсчитать общее количество приборов, которые будут присоединяться к точке подключения. Таким образом, определяются с суммарной нагрузкой.

К примеру, на кухне будут установлены электроприборы, имеющие мощность:

  • электроплита – 5 кВт;
  • холодильник – 0,8 кВт;
  • посудомоечная машина – 2 кВт;
  • микроволновая печь – 1,5 кВт;
  • вытяжка – 0,5 кВт;
  • электрочайник – 2 кВт.

Это подразумевает монтаж, как минимум, двух розеток и подвод общего провода, рассчитанного на суммарную мощность 11,8 кВт, плюс 30% запаса для непредвиденных включений. Это могут быть пылесос, светильник и т.д.

Зная суммарную мощность Pсумм = 11,8 кВт (11800 Вт) и напряжение в сети U = 220 В, пользуясь формулой мощности, находят предполагаемый потребляемый ток в амперах (А).

I = P/U = 11800/220 = 53,6 А.

При одновременном включении приборы будут потреблять такой ток. Выбирая сечение подводящего проводника, к этому значению нужно добавить 30%. На практике не используют ГОСТ, а применяют «метод 5 А», просто прибавляя 5 А, не вычисляя проценты. Одновременное включение бытовых приборов редкий случай, поэтому запас по току в 5 А – вполне достаточная прибавка.

После расчета тока необходимо определиться с материалом токоведущих жил.

Читайте также:  Формула определения электрической мощности переменного тока

Информация. Алюминий дешевле меди, но для работы с одним и тем же током площадь поперечного сечения алюминиевых жил должна быть больше. Плотность тока у алюминия – 8 А/мм2, у меди – 10 А/мм2.

Далее нужное сечение выбирают по таблице, определив значение тока и материал, из которого выполнены токопроводящие жилы.

Выбор кабеля в таблице мощностей

Как рассчитать по току

Таблица токов, в которой можно найти тип бытового прибора, его приблизительные значения мощности, также указывает и интервал возможного потребляемого тока.

Потребляемые мощность и ток электроприборами

Название электроприбора Мощность, кВт Величина тока, А
Стиральная машина 2 – 2,5 9,0 – 11,4
Электроплита 4,5 – 8,5 20,5 – 38,6
Микроволновая печь 0,9 – 1,3 4,1 – 5,9
Холодильник, морозильник 0,2 – 0,8 0,9 – 3,6
Электрочайник 1,8 – 2,0 8,4 – 9,0
Утюг 0,9 – 1,7 4,1 – 7,7
Пылесос 0,7 – 1,4 3,1 – 6,4
Телевизор 0,12 – 0,18 0,6 – 0,8
Осветительные приборы 0,02 – 0,150 0,1 – 0,6

Однофазная схема электроснабжения дома на 220 В

Если под рукой нет таблицы, но известен потребляемый ток, то вычислить сечение можно в два этапа, используя формулы:

  1. Находят сопротивление материала при данном значении тока. Это можно сделать из формулы Закона Ома I = U/R. Выразив отсюда R, получают R = U/I.
  2. Вычисляют площадь сечения, используя значение удельного сопротивления для конкретного материала. Применяют формулу:

где:

  • ρ – удельное сопротивление;
  • L – длина проводника;
  • S – площадь сечения.

Преобразовав формулу, получают:

Удельное сопротивление для меди ρ = 1,68*10-8 Ом*м, для алюминия – 2,82*10-8 Ом*м.

Расчет сечения кабеля по мощности и длине

Можно подобрать сечение при определении нагрузки на кабель, зная только потребляемую мощность и длину. Расчёт производится в следующем порядке:

  • вычисляют силу тока I = P/U, (A);
  • находят сопротивление R = U/I, (Ом).

Далее, зная длину кабеля и удельное сопротивление материала, определяют площадь сечения S = (ρ*L)/R, (мм2).

Длительно допустимые токи

Какой ток считается длительно допустимым? Ясно, что для разных кабелей или проводников он будет различным. Для кабельной продукции существует рабочая длительная температура Тдд, указанная в документации. При такой температуре токопроводящие жилы могут находиться постоянно без вреда для своих характеристик.

Формула, связывающая длительно допустимый ток Iдд с Тдд, имеет вид:

где:

  • Ктп – коэффициент теплопередачи;
  • R – сопротивление;
  • S – сечение жилы.

Для практического применения подходят таблицы из Правил Устройств Электроустановок (ПУЭ).

В таблице нагрузки представлена линейка допустимых токов.

Длительно допустимые токи

Открытая и закрытая прокладка проводов

Существует два варианта монтажа комнатной проводки:

  • открытая прокладка;
  • скрытая проводка.

Названия говорят сами за себя. Провода или кабели прокладываются вдоль стен, по их поверхности. Обычно они защищены кабель каналами или гофрированными шлангами. Крепление осуществляется при помощи специальной арматуры. Такой тип монтажа пригоден для производственных помещений, сараев, гаражей и других зданий, где дизайн не играет особой роли. Провод наружной установки должен выдержать атмосферные воздействия, если он не уложен в трубы или шланги.

Внимание! Минимальные сечения проводов одинаковы для обоих типов прокладки: 1 мм2 – для меди и 2,5 мм2 – для алюминия.

Распределительные коробки, выключатели и розетки устанавливаются на специальные изолирующие прокладки и имеют конструкцию для наружной установки.

Скрытая прокладка проводов подразумевает штробление стен под провод и остальную арматуру. Розетки, выключатели и распределительные коробки конструктивно предназначены для внутренней установки. Они утапливаются в стену до фасадной части. Наружные части имеют эстетический вид. Такая проводка скрыта под штукатуркой и обоями.

Таблица токовых нагрузок к сечениям медных и алюминиевых кабелей и проводов

Общепринятые сечения для проводки в квартире

В квартирах допустимо применение кабелей только с медной жилой. Сечение жил измеряется в «квадратах». Один «квадрат» медной жилы проводит до 10 А. Для проводки в доме допустимо брать 2,5 мм2 для розеток и 1,5 мм2 для лампочек.

Сечение и диаметр, отличие

Выбор сечения провода по количеству потребителей

Рассчитывая сечение питающего кабеля для квартиры, необходимо нарисовать схему. На чертёж нанести всех потребителей электроэнергии, для каждой комнаты. Количество электроприёмников, включенных в отдельную цепь, будет составлять общее число только для этой цепи. Суммарная мощность всех потребителей – главный критерий при выборе сечения вводного кабеля. Далее сечение будет уменьшаться по мере разветвления от общих цепей к отдельным ветвям схемы.

Токовые нагрузки в сетях с постоянным током

Для определения токовых нагрузок в сетях с постоянным током берут во внимание одножильные провода. На какие нагрузки рассчитан провод, питающий лампочку 0,05 квт в фаре автомобиля? Питание бортовой сети осуществляет аккумуляторная батарея. Напряжение постоянного тока – 12 В. Ток, протекающий через провод от аккумулятора к фаре, будет равен:

I = P/U = 50/12 = 4,15 А.

Отсюда определяют сопротивление:

R = U/I = 12/4,15 = 2,9 Ом.

Зная удельное сопротивление меди и, приняв за максимальную длину провода L = 2 м, подставляют всё известное в формулу.

Это значит, что медный проводник должен иметь сечение:

S = (ρ*L)/R = (1,68*10-8*2)/2,9 = 1,9 мм2.

В ПУЭ есть множество таблиц, по которым можно определить токовую нагрузку однофазных и трёхфазных цепей переменного тока. Не обязательно производить математические вычисления. Достаточно оперировать известными параметрами и правильно определить сечение провода или кабеля.

Видео

Источник



От чего зависит длительно допустимый ток кабеля

От чего зависит длительно допустимый ток кабеля? Для ответа на этот вопрос нам придется рассмотреть переходные тепловые процессы, происходящие в условиях когда про проводнику течет электрический ток. Нагрев и охлаждение проводника, его температура, связь с сопротивлением и сечением, — все это станет предметом данной статьи.

Переходный процесс

Для начала рассмотрим обычный цилиндрический проводник длиной L, диаметром d, площадью поперечного сечения F, сопротивлением R, объемом V, равным, очевидно, F*L, по которому течет ток I, удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен проводник — C, масса проводника равна

где Ω — плотность металла проводника, S = пи*d*L – площадь боковой стенки, через которую происходит охлаждение, Тпр — текущая температура проводника, Т0 — температура окружающей среды, и, соответственно, T = Тпр — Т0 — изменение температуры. Ктп — коэффициент теплопередачи, численно характеризующий количество теплоты, передаваемое с единицы поверхности проводника за 1 секунду при разности температур в 1 градус.

На рисунке показаны графики изменения тока и температуры в проводнике с течением времени. С момента времени t1 до момента времени t3, по проводнику протекал ток I.

Здесь можно видеть, как после включения тока температура проводника постепенно повышается, и в момент времени t2 она перестает нарастать, стабилизируется. Но после отключения тока в момент времени t3, температура начинает постепенно спадать, и в момент времени t4 она снова становится равна исходному значению (T0).

Так, можно записать для процесса нагрева проводника уравнение теплового баланса, дифференциальное уравнение, где будет отражено, что тепло, выделившееся на проводнике, частично поглощается самим проводником, а частично — отдается окружающей среде. Вот это уравнение:

В левой части уравнения (1) — количество теплоты, выделившееся в проводнике за время dt, прохождения по нему тока I.

Первое слагаемое в правой части уравнения (2) — количество теплоты, поглощенное материалом проводника, от которого температура проводника увеличилась на dT градусов.

Второе слагаемое правой части уравнения (3) — количество теплоты, которое было передано от проводника окружающей среде за время dt, и оно связано с площадью поверхности проводника S и с разницей температур Т через коэффициент теплопроводности Ктп.

Сначала, при включении тока, все выделяющееся в проводнике тепло идет на нагрев непосредственно проводника, что и приводит к росту его температуры, и это связано с теплоемкостью С материала проводника.

С ростом температуры разность температур Т между самим проводником и окружающей средой соответственно увеличивается, и выделяющееся тепло частично идет уже и на повышение температуры окружающей среды.

Когда температура проводника достигает установившегося стабильного значения Туст, в этот момент все выделяющееся с поверхности проводника тепло передается окружающей среде, поэтому температура проводника больше не растет.

Решением дифференциального уравнения теплового баланса будет:

На практике сей переходный процесс длится не более трех постоянных времени (3*τ), и через это время температура достигает 0,95*Туст. Когда переходный процесс нагрева прекращается, уравнение теплового баланса упрощается, и установившуюся температуру можно легко выразить:

Длительно допустимый ток

Теперь можно подойти к тому, какого именно значения ток представляется длительно допустимым током для проводника или кабеля. Очевидно, для каждого проводника или кабеля есть определенная нормальная длительная температура, согласно его документации. Это такая температура, при которой кабель или провод может без вреда для себя и для окружающих находиться непрерывно и долго.

Из приведенного выше уравнения становится ясно, что такой температуре ставится в соответствие конкретное значение тока. Этот ток и называется длительно допустимым током кабеля. Это такой ток, который при прохождении по проводнику в течение длительного времени (более трех постоянных времени) нагревает его до допустимой, то есть нормальной температуры Тдд.

Здесь: Iдд — длительно допустимый ток проводника; Тдд — допустимая температура проводника.

Для решения практических задач удобнее всего длительно допустимый ток определять по специальным таблицам из ПУЭ.

Вид проводника Длительно допустимая температура Кратковременно допустимая температура
Голый проводник или шина 70 о С Медь — 300 о С
Голый проводник или шина 70 о С Алюминий — 200 о С
Кабель в бумажной изоляции до 3 кВ 80 о С 200 о С
Кабель в бумажной изоляции до 6 кВ 65 о С 200 о С
Кабель в бумажной изоляции до 10 кВ 60 о С 200 о С
Кабель в бумажной изоляции до 35 кВ 50 о С 125 о С
Кабель в резиновой изоляции до 1 кВ 65 о С 150 о С
Кабель в ПВХ изоляции до 1 кВ 65 о С 150 о С
Кабель в изоляции из сшитого полиэтилена до 1 кВ 90 о С 250 о С

В случае короткого замыкания через проводник течет значительный ток короткого замыкания, который может существенно нагреть проводник, превысив его нормальную температуру. По этой причине для проводников характерно минимальное сечение исходя из условия кратковременного нагрева проводника током короткого замыкания:

Здесь: Iк — ток короткого замыкания в амперах; tп — приведенное время действия тока короткого замыкания в секундах; С — коэффициент, который зависит от материала и конструкции проводника, и от кратковременно допустимой температуры.

Электрический кабель в магазине

Связь с сечением

Теперь посмотрим, как зависит длительно допустимый ток от сечения проводника. Выразив площадь боковой стенки через диаметр проводника (формулы в начале статьи), приняв, что сопротивление связано с площадью сечения и удельным сопротивлением материала проводника, и подставив всем известную формулу для сопротивления в формулу для Iдд, приводимую выше, получим для длительно допустимого тока Iдд формулу:

Легко видеть, что связь длительно допустимого тока проводника Iдд с сечением F отнюдь не прямо пропорциональная, здесь площадь сечения возведена в степень ¾, а это значит, что длительно допустимый ток возрастает медленнее, чем сечение проводника. Остальные константы, такие как удельное сопротивление, коэффициент теплопередачи, допустимая температура — для каждого проводника индивидуальны по определению.

На самом деле, так и есть, зависимость не может быть прямой, ведь чем сечение проводника оказывается больше, тем более ухудшаются условия охлаждения внутренних слоев проводника, потому и допустимая температура достигается при меньшей плотности тока.

Если во избежание перегрева использовать проводники увеличенного сечения, это приведет к перерасходу материала. Гораздо выгоднее применять несколько проводников небольшого сечения, уложенных параллельно, то есть использовать многожильные проводники или кабели. А связь длительно допустимого тока и площади сечения в целом получается вот такой:

F 1 2 4
I дд 1 1,68 2,83

Ток и температура

Для расчета температуры проводника при известном токе и заданных внешних условиях, рассматривают установившийся режим, когда температура проводника достигла значения Туст, и больше не растет. Исходные данные — ток I, коэффициент теплопередачи Ктп, сопротивление R, площадь боковой стенки S, температура окружающей среды Т0:

Аналогичный расчет для длительно допустимого тока:

Здесь за Т0 принимают расчетную температуру окружающей среды, например +15°C для прокладки под водой и в земле, или +25°C для прокладки на открытом воздухе. Результаты таких расчетов приводятся в таблицах длительно допустимых токов, и для воздуха принимают температуру в +25°C, поскольку это средняя температура наиболее жаркого месяца.

Разделив первое уравнение на второе, и выразив температуру проводника, можно получить формулу для нахождения температуры проводника при токе, отличном от длительно допустимого, и при заданной температуре окружающей среды, если длительно допустимый ток и длительно допустимая температура известны, и не нужно прибегать к использованию других констант:

Из данной формулы видно, что превышение температуры оказывается пропорционально квадрату тока, и если ток возрастет в 2 раза, то превышение температуры возрастет в 4 раза.

Электрический кабель в электрощите

Если внешние условия отличаются от расчетных

В зависимости от реальных внешних условий, которые могут отличаться от расчетных в зависимости от способа прокладки, например несколько параллельно расположенных проводников (кабель) или прокладка в земле при другой температуре, требуется корректировка предельно допустимого тока.

Тогда вводят поправочный коэффициент Кт, на который домножают длительно допустимый ток при известных (табличных) условиях. Если внешняя температура ниже расчетной, то коэффициент больше единицы, если выше расчетной, то, соответственно, и Кт меньше единицы.

При прокладке нескольких параллельных проводников очень близко друг к другу, они станут друг друга дополнительно подогревать, но только при условии неподвижной внешней среды вокруг. Реальные условия зачастую располагают к тому, что окружающая среда подвижна (воздух, вода), и конвекция приводит к охлаждению проводников.

Если же среда почти неподвижна, например при прокладке в трубе под землей или в коробе, то взаимный подогрев вызовет снижение длительно допустимого тока, и тут нужно снова ввести поправочный коэффициент Кn, который приводится в документации к кабелям и проводам.

Источник

ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7

Раздел 1. Общие правила

Глава 1.3. Выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны

Допустимые длительные токи для проводов, шнуров и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией

1.3.10. Допустимые длительные токи для проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией, шнуров с резиновой изоляцией и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках приведены в табл. 1.3.4-1.3.11. Они приняты для температур: жил + 65, окружающего воздуха + 25 и земли + 15°С. ¶

При определении количества проводов, прокладываемых в одной трубе (или жил многожильного проводника), нулевой рабочий проводник четырехпроводной системы трехфазного тока, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчет не принимаются. ¶

Данные, содержащиеся в табл. 1.3.4 и 1.3.5, следует применять независимо от количества труб и места их прокладки (в воздухе, перекрытиях, фундаментах). ¶

Допустимые длительные токи для проводов и кабелей, проложенных в коробах, а также в лотках пучками, должны приниматься: для проводов — по табл. 1.3.4 и 1.3.5 как для проводов, проложенных в трубах, для кабелей — по табл. 1.3.6-1.3.8 как для кабелей, проложенных в воздухе. При количестве одновременно нагруженных проводов более четырех, проложенных в трубах, коробах, а также в лотках пучками, токи для проводов должны приниматься по табл. 1.3.4 и 1.3.5 как для проводов, проложенных открыто (в воздухе), с введением снижающих коэффициентов 0,68 для 5 и 6; 0,63 для 7-9 и 0,6 для 10-12 проводников. ¶

Для проводов вторичных цепей снижающие коэффициенты не вводятся. ¶

Таблица 1.3.4. Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами

Источник