Kategorie: Začátečníci elektrikáři, Průmyslový elektrikář
Počet zobrazení: 14968
Komentáře k článku: 4

Co určuje dlouhodobý přípustný proud kabelu

 

Co určuje dlouhodobý přípustný proud kabelu? K zodpovězení této otázky musíme zvážit přechodné tepelné procesy, ke kterým dochází za podmínek, kdy elektrický proud protéká vodičem. Ohřev a chlazení vodiče, jeho teplota, spojení s odporem a průřez - to vše bude předmětem tohoto článku.


Proces přechodu

Co určuje dlouhodobý přípustný proud kabelu

Nejprve zvažte běžný válcový vodič o délce L, průměru d, průřezové ploše F, odporu R, objemu V, zřejmě rovný F * L, kterým protéká proud I, měrné teplo kovu, ze kterého je vodič vyroben - C, hmotnost vodiče je rovno

m = V * Ω,

kde Ω je hustota kovu vodiče, S = pi * d * L je plocha boční stěny, přes kterou dochází k ochlazování, Tpr je aktuální teplota vodiče, T0 je okolní teplota, a podle toho T = Tpr - T0 je změna teploty. KTP je koeficient přenosu tepla, numericky charakterizující množství tepla přeneseného z povrchu jednotky vodiče za 1 sekundu při teplotním rozdílu 1 stupně.

Grafy proudu a teploty ve vodiči v průběhu času

Obrázek ukazuje grafy proudu a teploty ve vodiči v průběhu času. Od času ti do času t3 proudil dirigent proud.

Zde vidíte, jak se po zapnutí proudu teplota vodiče postupně zvyšuje a v čase t2 ustupuje, stabilizuje se. Po vypnutí proudu v čase t3 však teplota začne postupně klesat a v čase t4 se opět bude rovnat počáteční hodnotě (T0).

Je tedy možné zapsat rovnici tepelné rovnováhy, diferenciální rovnici pro ohřev vodiče, diferenciální rovnici, kde se projeví, že teplo uvolněné na vodiči je částečně absorbováno samotným vodičem a částečně je dáno životnímu prostředí. Zde je rovnice:

Na levé straně rovnice (1) je množství tepla uvolněného ve vodiči během času dt, průchodu proudu I.

První člen na pravé straně rovnice (2) je množství tepla absorbovaného materiálem vodiče, ze kterého se teplota vodiče zvýšila o dT stupňů.

Druhý člen na pravé straně rovnice (3) je množství tepla, které bylo přeneseno z vodiče do okolního prostředí během doby dt, a souvisí s povrchovou plochou vodiče S a teplotním rozdílem T prostřednictvím koeficientu tepelné vodivosti Ktp.

Nejprve, když je proud zapnutý, veškeré teplo uvolněné ve vodiči je použito k přímému ohřevu vodiče, což vede ke zvýšení jeho teploty, a to je způsobeno tepelnou kapacitou C materiálu vodiče.

Se zvyšující se teplotou se teplotní rozdíl T mezi samotným vodičem a okolním prostředím odpovídajícím způsobem zvyšuje a generované teplo již částečně zvyšuje teplotu okolí.

Když teplota vodiče dosáhne stabilní stabilní hodnoty Tust, v tomto okamžiku se veškeré teplo uvolněné z povrchu vodiče přenáší do prostředí, takže teplota vodiče již neroste.

Řešením diferenciální rovnice tepelné rovnováhy bude:

V praxi tento přechodný proces netrvá déle než tři časové konstanty (3 * τ) a po uplynutí této doby teplota dosáhne 0,95 * Tust. Když se proces přechodu ohřevu zastaví, rovnice tepelné rovnováhy se zjednoduší a teplotu v ustáleném stavu lze snadno vyjádřit:


Přípustný proud

Nyní můžeme přijít na to, co přesně hodnota proudu se zdá být dlouhodobý přípustný proud pro vodič nebo kabel. Je zřejmé, že pro každý vodič nebo kabel existuje určitá normální trvalá teplota podle jeho dokumentace.To je taková teplota, při které může být kabel nebo vodič nepřetržitě a po dlouhou dobu bez poškození sebe a ostatních.


Z výše uvedené rovnice je zřejmé, že konkrétní teplota je spojena s takovou teplotou. Tento proud se nazývá přípustný proud kabelu. To je takový proud, který, když prochází vodičem po dlouhou dobu (více než tři časové konstanty), jej zahřeje na přípustnou, tj. Normální teplotu Tdd.

Tady: Idd - dlouhodobý přípustný proud vodiče; TDD - přípustná teplota vodiče.

Pro řešení praktických problémů je nejvýhodnější stanovit dlouhodobý přípustný proud podle zvláštních tabulek z PUE.

Typ vodiče
Přípustná teplota
Krátkodobá přípustná teplota
Holý vodič nebo sběrnice
70asiS
Měď - 300asiS
Holý vodič nebo sběrnice
70asiS
Hliník - 200asiS
Kabel v papírové izolaci do 3 kV
80asiS
200asiS
Kabel v papírové izolaci do 6 kV
65asiS
200asiS
Kabel v papírové izolaci do 10 kV
60asiS
200asiS
Kabel v papírové izolaci do 35 kV
50asiS
125asiS
Kabel v gumové izolaci do 1 kV
65asiS
150asiS
Kabel z PVC izolace do 1 kV
65asiS
150asiS
Izolovaný kabel XLPE do 1 kV
90asiS
250asiS

V případě zkratu protéká vodičem značný zkratový proud, který jej může výrazně zahřát a překračuje jeho normální teplotu. Z tohoto důvodu jsou vodiče charakterizovány minimálním průřezem založeným na stavu krátkodobého zahřívání vodiče zkratovým proudem:

Tady: Ik - zkratový proud v ampérech; tp je zkrácené trvání zkratového proudu v sekundách; C je koeficient, který závisí na materiálu a konstrukci vodiče a na krátkodobě přípustné teplotě.

Elektrický kabel v obchodě

Sekce připojení

Nyní se podívejme, jak dlouhodobý přípustný proud závisí na průřezu vodiče. Po vyjádření plochy boční stěny průměrem vodiče (vzorec na začátku článku), za předpokladu, že odpor souvisí s průřezovou plochou a specifickým odporem materiálu vodiče, a nahrazením dobře známého vzorce odporu do vzorce pro Idd, uvedené výše, získáme dlouhodobě přípustný Idd vzorec :

Je snadno vidět, že spojení mezi dlouhodobým přípustným proudem vodiče Idd a průřezem F není přímo úměrné, zde je plocha průřezu zvýšena na výkon 3, což znamená, že dlouhodobý přípustný proud roste pomaleji než průřez vodiče. Ostatní konstanty, jako je odpor, součinitel přestupu tepla, přípustná teplota, jsou pro každý vodič podle definice individuální.

Ve skutečnosti to nemůže být přímá závislost, protože čím větší je průřez vodiče, čím horší jsou chladicí podmínky vnitřních vrstev vodiče, tím přijatelnější teplota je dosažena při nižší proudové hustotě.

Používáte-li vodiče o větším průřezu, abyste zabránili přehřátí, povede to k nadměrné spotřebě materiálu. Je mnohem výhodnější použít několik vodičů malého průřezu položených paralelně, tj. Použít vícežilové vodiče nebo kabely. A vztah mezi dlouhodobým přípustným proudem a průřezovou oblastí jako celkem se ukazuje takto:

F
1
2
4
dd
1
1,68
2,83

Proud a teplota

Chcete-li vypočítat teplotu vodiče se známým proudem a stanovenými vnějšími podmínkami, zvažte ustálený stav, když teplota vodiče dosáhne Tust a již se nezvyšuje. Počáteční údaje - proud I, součinitel přenosu tepla Ktp, odpor R, plocha boční stěny S, teplota okolí T0:

Podobný výpočet pro trvalý proud:

Zde se T0 bere jako vypočtená okolní teplota, například + 15 ° C pro pokládku pod vodu a do země, nebo + 25 ° C pro pokládku na čerstvém vzduchu. Výsledky těchto výpočtů jsou uvedeny v tabulky souvislých proudůa pro vzduch berou teplotu + 25 ° C, protože to je průměrná teplota nejteplejšího měsíce.

Rozdělením první rovnice druhou a vyjádřením teploty vodiče můžeme získat vzorec pro zjištění teploty vodiče při proudu jiném, než je dlouhodobě přípustný, a při dané okolní teplotě, pokud je znám dlouhodobý přípustný proud a dlouhodobě přípustná teplota a nemusíte se uchýlit k použití jiné konstanty:

Z tohoto vzorce je vidět, že nárůst teploty je úměrný druhé mocnině proudu, a pokud se proud zvyšuje dvakrát, pak se teplota zvýší čtyřikrát.

Elektrický kabel v elektrickém panelu

Pokud se vnější podmínky liší od konstrukce

V závislosti na skutečných vnějších podmínkách, které se mohou lišit od vypočtených podmínek v závislosti na způsobu pokládky, například několika paralelních vodičů (kabel) nebo pokládání v zemi při jiné teplotě, je třeba upravit maximální přípustný proud.

Poté se zavede korekční faktor Kt, kterým se za známých (tabulkových) podmínek násobí dlouhodobý přípustný proud. Je-li vnější teplota nižší než vypočtená, pak je koeficient větší než jedna, je-li vyšší než vypočtená, pak je Kt menší než jedna.

Při položení několika rovnoběžných vodičů velmi blízko u sebe se navíc navzájem zahřívají, ale pouze v případě, že okolní prostředí je nehybné. Aktuální podmínky často vedou k tomu, že prostředí je mobilní (vzduch, voda) a konvekce vede k ochlazování vodičů.

Pokud je médium téměř stacionární, například při pokládce v potrubí nebo v potrubí, pak vzájemné zahřívání způsobí pokles dlouhodobého přípustného proudu a zde musíte znovu zadat korekční faktor Kn, který je uveden v dokumentaci pro kabely a vodiče.

Viz také na e.imadeself.com:

  • Tepelné působení proudu, proudová hustota a jejich vliv na ohřev vodičů
  • Jak vypočítat teplotu vlákna žárovky v nominálním režimu
  • Jak zjistit, kolik energie kabel nebo drát vydrží
  • Měď nebo hliník - což je výhodnější?
  • Jak vybrat kabelovou sekci - návrhářské tipy

  •  
     
    Komentáře:

    # 1 napsal: | [citovat]

     
     

    Obecně platí, že každý respektující dodavatel drátů nebo kabelů dnes poskytuje doprovodné tabulky, kde pro konkrétní drát v různých podmínkách můžete snadno najít dlouhodobý přípustný proud a nemýlit se. Samotný výrobce provádí všechny potřebné výpočty a výpočty a spotřebitel si může z tabulky vybrat pouze kabel nebo drát vhodné sekce a požadovanou úpravu.

     
    Komentáře:

    # 2 napsal: Anatoly | [citovat]

     
     

    To je pravda! Ale nejen při pokládání kabelu do země, ale také při pokládání přímo do bran pod omítkou se podmínky pro pokládání kabelu mohou lišit od vypočtených (bohužel v regulačních a technických dokumentech, včetně PUE, se této otázce nevěnuje náležitá pozornost), tedy chyby při pokládání kabelu. Například podle PUE je jmenovitý proud kabelu při pokládání v potrubí a zvlnění PVC je v podstatě ohebná trubka z PVC, jmenovitý proud kabelu s faktorem výplně zvlnění kabelem 0,3 - 0,5 je 21 ampérů a v písku - cementová omítka - 20 ampérů Pokud používáte GOST RM EK 60287 - 2 - 1 - 2009, pak s vědomím, že tepelný odpor omítky z písku a cementu je v průměru 1 (m * stupňů Celsia / Watt) a tepelný odpor plic z pórobetonu je rovna 10 (m * stupeň Celsius / Watt), dostaneme, že jmenovitý proud proudu kabelu v pórobetonu je 20 * 20/10 = 40, odečteme druhou odmocninu a získáme asi 7,1 ampér, provozní praxe ukázala, že v reálných podmínkách pokládky, když jedna strana je pokryta sádrou, jmenovitý proud kabelu je asi 10 ampér, dvakrát a méně než v omítce z písku a cementu. Totéž platí pro ostatní stavební materiály. Pokud se kabel táhne napříč rozšířeným úsekem pórobetonu, sádry atd., musí být podle PUE jmenovitý proud kabelu zvolen podle nejhorších podmínek pro pokládku nebo proud při 10 ampérech a 6 ampérovém jističi cayuel. Ale pokud položíte kabel a také drát, aby mu plášť nezabránil v lepším ochlazování, pak je jmenovitý proud kabelu 21 ampér, protože prostředí jeho pokládky se nezměnilo.A provozní praxe potvrzuje, že tomu tak je. Nejdůležitějším účelem zvlnění je tedy zachování jmenovitého proudu kabelu bez ohledu na podmínky jeho uložení, tj. Bez ohledu na tepelný odpor materiálů, na které je kabel položen. Zvlnění je speciálně navrženo tak, aby splňovalo tento požadavek. při zachování jmenovitého proudu kabelu je tepelná energie uvolněná kabelem absorbována vzduchem ve zvlnění a materiálem samotné zvlnění konvekcí a tepelným zářením a přenos tepla nehraje významnou roli úloha chlazení kabelu vzhledem k velmi velkému tepelnému odporu vzduchu a samotné zvlnění samozřejmě při pokládání na materiály s nízkým tepelným odporem teplota zvlnění klesá a je schopna absorbovat více tepelné energie, ale toto snížení není významné. I při pokládání kabelu do zvlnění v pórobetonu , tepelný odpor pórobetonu není vyšší než 18 - 20% tepelného odporu vzduchu ve zvlnění. To znamená, že i při nekonečně velkém odporu vnějšího prostředí pokládky zvlnění se kabel při jmenovitém proudu nevyhřívá Teplota bude vyšší než přípustná teplota a v prostředí s nízkým tepelným odporem bude mít kabel při pokládce ve zvlnění ještě nižší teplotu, než je maximální přípustný. Zvlnění bylo vytvořeno místo ocelových trubek, když se v konstrukci začaly používat různé materiály s odlišným tepelným odporem podél tras pokládky kabelu. .

     
    Komentáře:

    # 3 napsal: Nikolay | [citovat]

     
     

    Jakýkoli trvale tekoucí proud za konstantních vnějších podmínek odpovídá dobře definované ustálené teplotě vodiče. Velikost dlouhodobého proudu, při kterém se teplota stává maximální přípustnou pro danou značku drátu nebo kabelu, se nazývá dlouhodobé přípustné proudové zatížení.

    Velikost dlouhodobě přípustného proudu závisí na materiálu a průřezu vodiče, okolní teplotě, izolačním materiálu a způsobu pokládky. Způsob provozu vodičů a kabelů také záleží. V přerušovaném provozu je možné zvýšit přípustné proudové zatížení. Pro stanovení hodnoty dlouhodobě přípustného proudu je důležité znát nejvyšší pozitivní okolní teplotu, protože při nízkých teplotách při stejném proudu jsou poskytovány příznivější pracovní podmínky vodičů a kabelů.

     
    Komentáře:

    # 4 napsal: Alexi | [citovat]

     
     

    Není to jasné - u drátu se čtvercovým průřezem 2 mm je proudová síla pouze 1,68 A ???

    25A můžete lehce, nerozumím nic ...