Hva bestemmer den langsiktige tillatte kabelstrømmen

Hva bestemmer den langsiktige tillatte kabelstrømmen? For å svare på dette spørsmålet, må vi vurdere forbigående termiske prosesser som oppstår under forhold når en elektrisk strøm strømmer gjennom lederen. Oppvarming og kjøling av en leder, dens temperatur, forbindelse med motstand og tverrsnitt - alt dette vil være gjenstand for denne artikkelen.

Overgangsprosess

Til å begynne med, bør du vurdere en konvensjonell sylindrisk leder med lengde L, diameter d, tverrsnittsareal F, motstand R, volum V, åpenbart lik F * L, gjennom hvilken strøm I strømmer, den spesifikke varmen til metallet som lederen er laget av - C, lederens masse er lik

m = V * Ω,

hvor Ω er tettheten til lederen av metall, S = pi * d * L er området til sideveggen som kjøling skjer gjennom, Tpr er lederens nåværende temperatur, T0 er omgivelsestemperaturen, og følgelig er T = Tpr - T0 temperaturendringen. KTP er varmeoverføringskoeffisienten, som karakteriserer mengden varme som overføres fra en enhetsoverflate på en leder i løpet av 1 sekund ved en temperaturforskjell på 1 grad.

Figuren viser grafene over strømmen og temperaturen i lederen over tid. Fra tid t1 til tid t3, strømmet jeg strøm gjennom lederen.

Her kan du se hvordan temperaturen på lederen gradvis stiger etter at strømmen er slått på, og på tidspunktet t2 slutter å øke, stabiliseres. Men etter å ha slått av strømmen på tidspunktet t3, begynner temperaturen gradvis å synke, og på tidspunktet t4 blir den igjen lik begynnelsesverdien (T0).

Så det er mulig å skrive ned varmebalanseligningen, en differensialligning for oppvarmingen av lederen, en differensialligning der det vil gjenspeiles at varmen som frigjøres på lederen blir delvis absorbert av lederen, og delvis blir gitt til omgivelsene. Her er ligningen:

På venstre side av ligning (1) er mengden varme som frigjøres i lederen i løpet av tiden dt, passasjen til strøm I.

Den første termen på høyre side av ligning (2) er mengden varme som absorberes av ledermaterialet, hvorfra ledertemperaturen økte med dT grader.

Den andre termen på høyre side av ligning (3) er mengden varme som ble overført fra lederen til omgivelsene i løpet av tiden dt, og den er relatert til overflatearealet til lederen S og temperaturforskjellen T gjennom den termiske konduktivitetskoeffisienten Ktp.

For det første, når strømmen slås på, blir all varmen som frigjøres i lederen brukt til å varme opp lederen direkte, noe som fører til en økning i temperaturen, og dette skyldes varmekapasiteten C i materialet til lederen.

Med økende temperatur øker temperaturforskjellen T mellom selve lederen og omgivelsene tilsvarende, og varmen som genereres delvis går allerede for å øke omgivelsestemperaturen.

Når temperaturen på lederen når en jevn stabil verdi av Tust, overføres i dette øyeblikk all varmen som frigjøres fra overflaten til lederen til omgivelsene, slik at temperaturen på lederen ikke lenger vokser.

Løsningen på den differensielle varmebalanseligningen vil være:

I praksis varer denne forbigående prosessen ikke mer enn tre tidskonstanter (3 * τ), og etter denne tiden når temperaturen 0,95 * Tust. Når overgangsprosessen med oppvarming stoppes, forenkles varmebalanseligningen, og jevn temperatur kan lett uttrykkes:

Tillatt strøm

Nå kan vi komme til nøyaktig hvilken verdi strømmen ser ut til å være en tillatt strøm på lang sikt for en leder eller kabel. Det er klart, for hver leder eller kabel er det en viss normal kontinuerlig temperatur, i henhold til dokumentasjonen.Dette er en slik temperatur som en kabel eller ledning kan være kontinuerlig og i lang tid uten å skade seg selv og andre.

Fra ligningen ovenfor blir det tydelig at en spesifikk strømverdi er assosiert med en slik temperatur. Denne strømmen heter tillatt kabelstrøm. Dette er en slik strøm, som når den passerer gjennom lederen i lang tid (mer enn tre tidskonstanter), varmer den opp til en tillatt, det vil si normal temperatur Tdd.

Her: Idd - tillatt leder på lang sikt; TDD - tillatt ledertemperatur.

For å løse praktiske problemer er det mest praktisk å bestemme den tillatte langsiktige strømmen i henhold til spesielle tabeller fra PUE.

Type leder

Tillatt temperatur

Kortsiktig tillatt temperatur

Bare leder eller buss

70^omtrentC

Kobber - 300^omtrentC

Bare leder eller buss

70^omtrentC

Aluminium - 200^omtrentC

Kabel i papirisolasjon opptil 3 kV

80^omtrentC

200^omtrentC

Kabel i papirisolasjon opp til 6 kV

65^omtrentC

200^omtrentC

Kabel i papirisolasjon opp til 10 kV

60^omtrentC

200^omtrentC

Kabel i papirisolasjon opptil 35 kV

50^omtrentC

125^omtrentC

Kabel i gummiisolering opptil 1 kV

65^omtrentC

150^omtrentC

Kabel i PVC-isolasjon opp til 1 kV

65^omtrentC

150^omtrentC

XLPE isolert kabel opptil 1 kV

90^omtrentC

250^omtrentC

I tilfelle kortslutning, strømmer en betydelig kortslutningsstrøm gjennom lederen, som kan varme opp lederen betydelig, og overskrider dens normale temperatur. Av denne grunn er ledere karakterisert av et minste tverrsnitt basert på tilstanden til kortvarig oppvarming av lederen med en kortslutningsstrøm:

Her: Ik - kortslutningsstrøm i ampere; tp er den reduserte kortslutningsstrømvarigheten i sekunder; C er en koeffisient som avhenger av materialet og konstruksjonen til lederen, og av den tillatte temperaturen på kort sikt.

Seksjonstilkobling

La oss se hvordan den tillatte strømmen på lang sikt avhenger av lederens tverrsnitt. Etter å ha gitt uttrykk for sideveggen gjennom lederens diameter (formelen i begynnelsen av artikkelen), under forutsetning av at motstanden er relatert til tverrsnittsarealet og den spesifikke motstanden til materialet i lederen, og erstattet den velkjente formelen for motstand i formelen for Idd, gitt ovenfor, oppnår vi for en langvarig tillatt strøm Idd formel :

Det er lett å se at forholdet mellom den langsiktige tillatte strømmen til lederen Idd og tverrsnittet F ikke er direkte proporsjonalt, her blir tverrsnittsområdet hevet til kraften ¾, noe som betyr at den langsiktige tillatte strømmen øker saktere enn lederens tverrsnitt. Andre konstanter, som resistivitet, varmeoverføringskoeffisient, tillatt temperatur, er per definisjon individuelle for hver leder.

Faktisk er det, avhengigheten kan ikke være direkte, fordi jo større tverrsnittet av lederen er, desto dårligere er kjøleforholdene til de indre lagene i lederen, jo mer akseptabel temperatur oppnås ved en lavere strømtetthet.

Hvis du bruker ledere med større tverrsnitt for å unngå overoppheting, vil dette føre til et for høyt materialforbruk. Det er mye mer lønnsomt å bruke flere ledere med lite tverrsnitt lagt parallelt, det vil si å bruke flerkjernede ledere eller kabler. Og forholdet mellom den langsiktige tillatte strømmen og tverrsnittsområdet som helhet viser seg slik:

F

1

2

4

jegdd

1

1,68

2,83

Nåværende og temperatur

For å beregne temperaturen på lederen ved en kjent strøm og gitte ytre forhold, må du vurdere stabil tilstand når lederens temperatur når Tust, og ikke lenger vokser. Startdata - strøm I, varmeoverføringskoeffisient Ktp, motstand R, sidevegg S, omgivelsestemperatur T0:

En lignende beregning for kontinuerlig strøm:

Her blir T0 tatt som beregnet omgivelsestemperatur, for eksempel + 15 ° C for legging under vann og i bakken, eller + 25 ° C for legging i friluft. Resultatene av slike beregninger er gitt i tabeller med kontinuerlige strømmer, og for luft tar de en temperatur på + 25 ° C, fordi dette er gjennomsnittstemperaturen for den varmeste måneden.

Ved å dele den første ligningen med den andre, og uttrykke temperaturen på lederen, kan vi få en formel for å finne temperaturen til lederen ved en annen strøm enn den tillatte på lang sikt, og ved en gitt omgivelsestemperatur, hvis en langvarig tillatt strøm og en tillatt langvarig temperatur er kjent, og du ikke trenger å ty til å bruke andre konstanter:

Fra denne formelen kan man se at temperaturøkningen er proporsjonal med kvadratet til strømmen, og hvis strømmen øker med 2 ganger, vil temperaturøkningen øke med 4 ganger.

Hvis ytre forhold avviker fra designet

Avhengig av de faktiske ytre forhold, som kan avvike fra de beregnede, avhengig av måten å legge på, for eksempel flere ledere som er parallelt parallelt (kabel) eller som legger i bakken ved en annen temperatur, er det nødvendig med en justering av den maksimalt tillatte strømmen.

Deretter introduseres korreksjonsfaktoren Kt, hvorved den tillatte langsiktige strømmen multipliseres under kjente (tabellformede) forhold. Hvis den ytre temperaturen er lavere enn den beregnede, er koeffisienten større enn en; hvis den er høyere enn den beregnede, er Kt følgelig mindre enn en.

Når du legger flere parallelle ledere veldig nær hverandre, vil de i tillegg varme opp hverandre, men bare hvis omgivelsene står stille. Faktiske forhold fører ofte til at miljøet er mobil (luft, vann), og konveksjon fører til avkjøling av lederne.

Hvis mediet nesten er stasjonært, for eksempel når du legger i et rør under jorden eller i en kanal, vil gjensidig oppvarming føre til en reduksjon i den tillatte langsiktige strømmen, og her må du legge inn korreksjonsfaktor Kn igjen, som er gitt i dokumentasjonen for kabler og ledninger.

Comments

[#1]

Generelt gir enhver selvrespektende leverandør av ledninger eller kabler ledsagende tabeller i dag, hvor du for en bestemt ledning under forskjellige forhold enkelt kan finne en tillatt strøm på lang sikt og ikke ta feil. Produsenten selv foretar alle nødvendige beregninger og beregninger, og forbrukeren kan bare velge fra en tabell en kabel eller ledning med passende seksjon og den nødvendige modifikasjonen.

[#2 Anatoly]

Det er riktig! Men ikke bare når du legger kabelen i bakken, men også når du legger den direkte i portene under gipsen, kan forholdene for å legge kabelen avvike fra de beregnede (dessverre i forskriftsmessige og tekniske dokumenter, inkludert PUE, blir ikke dette problemet gitt behørig oppmerksomhet), derav feilene når du legger kabelen. For eksempel, i henhold til PUE, er den nominelle strømmen til kabelen når du legger den i røret, og PVC-korrugeringen er i hovedsak et fleksibelt PVC-rør, kabelens nominelle strøm, med en fyllingsfaktor av korrugeringen med en kabel på 0,3 - 0,5, er 21 ampere, og i sanden - sementpuss - 20 ampere. Hvis du bruker GOST RM EK 60287 - 2 - 1 - 2009, vet du at den termiske motstanden til sand-sementpuss i gjennomsnitt er 1 (m * grader Celsius / Watt), og lungens termiske motstand av luftbetong er lik 10 (m * grad Celsius / Watt), får vi at den nominelle strømmen til kabelstrømmen i luftbetong er 20 * 20/10 = 40, vi trekker ut kvadratroten og får ca 7,1 ampere, har driftspraksis vist at under reelle leggingsforhold, når den ene siden er dekket med gips, den nominelle strømmen til kabelen er omtrent 10 ampere, to ganger og mindre enn i sand og sementpuss. Det samme gjelder for andre byggematerialer. Hvis kabelen strekker seg over et utvidet avsnitt av luftbetong, gips, etc., i henhold til PUE, må den nominelle strømmen til kabelen velges i henhold til de verste forholdene for å legge den eller strømmen på 10 ampere og en 6 amp amp kayuel effektbryter. MEN, hvis du legger kabelen, og også ledningen, slik at kappen ikke forhindrer den i å kjøle seg bedre, er kabelens nominelle strøm 21 ampere, siden miljøet til leggingen ikke har endret seg.Og driftspraksisen bekrefter at dette er slik. Dermed er det viktigste formålet med en korrugering å bevare den nominelle strømmen til kabelen uavhengig av betingelsene for dens legging, det vil si uavhengig av den termiske motstanden til materialene som kabelen er lagt på. Korrugeringen er spesielt designet for å oppfylle dette kravet. å bevare den nominelle strømmen til kabelen, blir den termiske energien som frigjøres av kabelen, absorbert av luften i korrugeringen og materialet i selve korrugeringen ved konveksjon og varmestråling, og varmeoverføring spiller ikke noen vesentlig rolle rollen som å avkjøle kabelen, på grunn av den veldig store termiske motstanden til luften og selve korrugeringen, selvfølgelig, når du legger på materialer med lav termisk motstand, synker temperaturen på korrugeringen og den er i stand til å absorbere mer termisk energi, men denne reduksjonen er ikke betydelig. Selv når du legger kabelen i korrugeringen i luftbetong , er den termiske motstanden til luftbetong ikke mer enn 18 - 20% av den termiske motstanden til luft i korrugeringen. Det vil si, selv med en uendelig stor motstand fra det ytre miljø for å legge korrugeringen, blir ikke kabelen med nominell strøm oppvarmet Temperaturen vil være høyere enn den tillatte temperaturen, og i et miljø med lav termisk motstand vil kabelen ha en temperatur når den legges i korrugeringen enda lavere enn det maksimalt tillatte. Korrugeringen ble opprettet i stedet for stålrør, da forskjellige materialer med forskjellig termisk motstand langs kabelleggingsrutene begynte å bli brukt i konstruksjon .

[#3 Nicholas]

Enhver kontinuerlig flytende strøm under konstante ytre forhold tilsvarer en veldefinert stabil tilstandstemperatur på lederen. Størrelsen på den langvarige strømmen hvor temperaturen blir den maksimalt tillatte for et gitt merke av ledning eller kabel, kalles den langsiktige tillatte strømbelastningen.

Størrelsen på den langsiktige tillatte strømmen avhenger av materialet og tverrsnittet til lederen, omgivelsestemperaturen, isolasjonsmaterialet og leggemetoden. Driftsmåten for ledninger og kabler er også viktig. Ved periodisk drift kan den tillatte strømbelastningen økes. For å bestemme verdien av den tillatte strømmen på lang sikt, er det viktig å kjenne til den høyeste positive omgivelsestemperaturen, siden ved lave temperaturer med samme strøm er det gunstige arbeidsforhold for ledninger og kabler.

[#4 Alex]

Det er ikke klart - som for en ledning med et firkantet tverrsnitt på 2 mm, er strømstyrken bare 1,68 A ???

25A du kan lett, jeg forstår ikke noe ...