Kas nosaka ilgtermiņa pieļaujamo kabeļa strāvu

Kas nosaka ilgtermiņa pieļaujamo kabeļa strāvu? Lai atbildētu uz šo jautājumu, mums būs jāapsver pārejoši termiskie procesi, kas notiek apstākļos, kad caur vadītāju plūst elektriskā strāva. Diriģenta sildīšana un dzesēšana, tā temperatūra, savienojums ar pretestību un šķērsgriezumu - tas viss būs šī raksta priekšmets.

Pārejas process

Sākumā apsveriet parasto cilindrisko vadītāju, kura garums ir L, diametrs d, šķērsgriezuma laukums F, pretestība R, tilpums V, acīmredzami vienāds ar F * L, caur kuru plūst strāva I, tā metāla īpatnējais siltums, no kura izgatavots diriģents - C, diriģenta masa ir vienāds ar

m = V * Ω,

kur Ω ir diriģenta metāla blīvums, S = pi * d * L ir sānu sienas laukums, caur kuru notiek dzesēšana, Tpr ir vadītāja pašreizējā temperatūra, T0 ir apkārtējās vides temperatūra, un attiecīgi T = Tpr - T0 ir temperatūras izmaiņas. KTP ir siltuma pārneses koeficients, kas skaitliski raksturo siltuma daudzumu, kas novirzīts no vadītāja virsmas vienības 1 sekundē ar temperatūras starpību 1 grāds.

Attēlā parādīti strāvas un temperatūras diagrammas vadītājā laika gaitā. Laikā no t1 līdz laikam t3 caur vadītāju plūda strāva.

Šeit jūs varat redzēt, kā pēc strāvas ieslēgšanas diriģenta temperatūra pakāpeniski paaugstinās, un laikā t2 tas pārstāj pieaugt, stabilizējas. Bet pēc strāvas izslēgšanas laikā t3 temperatūra sāk pakāpeniski samazināties, un laikā t4 tā atkal kļūst vienāda ar sākotnējo vērtību (T0).

Tātad ir iespējams pierakstīt siltuma bilances vienādojumu, diferenciālvienādojumu vadītāja sildīšanas procesam, kur tiks atspoguļots, ka uz diriģenta izdalīto siltumu daļēji absorbē pats vadītājs, un daļēji tas tiek dots videi. Šeit ir vienādojums:

Vienādojuma (1) kreisajā pusē ir siltumenerģijas daudzums, kas izdalīts vadītājā laikā dt, I strāvas caurlaidībai.

Pirmais termins vienādojuma (2) labajā pusē ir siltuma daudzums, ko absorbē dzīslas materiāls, no kura vadītāja temperatūra paaugstinās par dT grādiem.

Otrais termins vienādojuma (3) labajā pusē ir siltuma daudzums, kas laika gaitā dt tika novadīts no vadītāja uz vidi, un tas ir saistīts ar vadītāja S virsmas laukumu un temperatūras starpību T caur siltumvadītspējas koeficientu Ktp.

Pirmkārt, ieslēdzot strāvu, viss vadā izdalītais siltums tiek izmantots tiešai vadītāja sildīšanai, kas noved pie tā temperatūras paaugstināšanās, un tas ir saistīts ar vadītāja materiāla siltuma jaudu C.

Palielinoties temperatūrai, attiecīgi palielinās temperatūras starpība T starp pašu vadītāju un vidi, un daļēji radītais siltums jau palielinās apkārtējās vides temperatūru.

Kad diriģenta temperatūra sasniedz vienmērīgu un stabilu Tustas vērtību, šajā brīdī viss siltums, kas izdalās no diriģenta virsmas, tiek nodots vidē, tāpēc diriģenta temperatūra vairs nepieaug.

Diferenciālā siltuma bilances vienādojuma risinājums būs:

Praksē šis pārejošais process ilgst ne vairāk kā trīs laika konstantes (3 * τ), un pēc šī laika temperatūra sasniedz 0,95 * Tust. Kad apkures pārejas process apstājas, siltuma bilances vienādojums tiek vienkāršots un vienmērīga stāvokļa temperatūru var viegli izteikt:

Pieļaujamā strāva

Tagad mēs varam nonākt pie tā, kas tieši nosaka strāvu, šķiet, ir ilgtermiņa pieļaujama strāva vadītājam vai kabelim. Acīmredzot katram vadītājam vai kabelim ir noteikta normāla nepārtraukta temperatūra saskaņā ar tā dokumentāciju.Šī ir tāda temperatūra, kurā kabelis vai vads var būt nepārtraukti un ilgu laiku, nekaitējot sev un citiem.

No iepriekšminētā vienādojuma kļūst skaidrs, ka ar šādu temperatūru ir saistīta noteikta strāvas vērtība. Šī strāva tiek saukta pieļaujamā kabeļa strāva. Šī ir tāda strāva, kas, ilgstoši izejot caur vadītāju (vairāk nekā trīs laika konstantes), to sasilda līdz pieļaujamai, tas ir, normālai temperatūrai Tdd.

Šeit: Idd - ilgtermiņa pieļaujamā vadītāja strāva; TDD - pieļaujamā vadītāja temperatūra.

Lai atrisinātu praktiskas problēmas, visērtāk ir noteikt ilgtermiņa pieļaujamo strāvu saskaņā ar īpašām PUE tabulām.

Īssavienojuma gadījumā caur vadītāju plūst ievērojama īssavienojuma strāva, kas var ievērojami sildīt vadītāju, pārsniedzot tā parasto temperatūru. Šī iemesla dēļ vadītājiem ir raksturīgs minimālais šķērsgriezums, pamatojoties uz vadītāja īslaicīgu sildīšanu ar īssavienojuma strāvu:

Šeit: Ik - īssavienojuma strāva ampēros; tp ir samazināts īssavienojuma strāvas ilgums sekundēs; C ir koeficients, kas atkarīgs no vadītāja materiāla un konstrukcijas, kā arī no īslaicīgi pieļaujamās temperatūras.

Sadaļas savienojums

Tagad redzēsim, kā ilgtermiņa pieļaujamā strāva ir atkarīga no vadītāja šķērsgriezuma. Izteikuši sānu sienas laukumu caur diriģenta diametru (formula raksta sākumā), piekrītot, ka pretestība ir saistīta ar šķērsgriezuma laukumu un diriģenta materiāla īpatnējo pretestību, un aizstājot labi zināmo pretestības formulu iepriekš norādītajā Idd formulā, iegūstam ilgtermiņa pieļaujamās strāvas Idd formulu. :

Ir viegli redzēt, ka sakarība starp vadītāja Idd ilgtermiņa pieļaujamo strāvu un šķērsgriezumu F nav tieši proporcionāla, šeit šķērsgriezuma laukums tiek paaugstināts līdz jaudai ¾, kas nozīmē, ka ilgtermiņa pieļaujamā strāva palielinās lēnāk nekā diriģenta šķērsgriezums. Citas konstantes, piemēram, pretestība, siltuma caurlaidības koeficients, pieļaujamā temperatūra, pēc definīcijas katram vadītājam ir individuālas.

Faktiski tā ir, ka atkarība nevar būt tieša, jo, jo lielāks ir vadītāja šķērsgriezums, jo sliktāki ir diriģenta iekšējo slāņu dzesēšanas apstākļi, jo pieņemamāka temperatūra tiek sasniegta ar zemāku strāvas blīvumu.

Ja izmantojat lielāka šķērsgriezuma vadus, lai izvairītos no pārkaršanas, tas novedīs pie pārmērīga materiāla patēriņa. Daudz izdevīgāk ir izmantot vairākus mazā šķērsgriezuma vadītājus, kas izvietoti paralēli, tas ir, izmantot daudzdzīslu vadus vai kabeļus. Un attiecības starp ilgtermiņa pieļaujamo strāvu un šķērsgriezuma laukumu kopumā izrādās šādi:

Strāva un temperatūra

Lai aprēķinātu diriģenta temperatūru zināmā strāvas un ārējos apstākļos, ņem vērā līdzsvara stāvokli, kad diriģenta temperatūra sasniedz Tustu, un tas vairs nepieaug. Sākotnējie dati - strāva I, siltuma caurlaidības koeficients Ktp, pretestība R, sānu sienas laukums S, apkārtējās vides temperatūra T0:

Līdzīgs nepārtrauktas strāvas aprēķins:

Šeit T0 tiek ņemta par aprēķināto apkārtējās vides temperatūru, piemēram, + 15 ° C dēšanai zem ūdens un zemē vai + 25 ° C dēšanai brīvā dabā. Šādu aprēķinu rezultāti ir doti nepārtrauktu straumju tabulas, un gaisam tiem temperatūra ir + 25 ° C, jo šī ir karstākā mēneša vidējā temperatūra.

Pirmo vienādojumu dalot ar otro un izsakot vadītāja temperatūru, mēs varam iegūt formulu diriģenta temperatūras atrašanai pie citas strāvas, kas nav pieļaujama ilgtermiņā, un pie dotās apkārtējās vides temperatūras, ja ir zināma ilgtermiņa pieļaujamā strāva un ilgtermiņa pieļaujamā temperatūra, un jums nav nepieciešams ķerties pie citas izmantošanas konstantes:

No šīs formulas var redzēt, ka temperatūras paaugstināšanās ir proporcionāla strāvas kvadrātam, un, ja strāva palielinās 2 reizes, tad temperatūras paaugstināšanās palielināsies 4 reizes.

Ja ārējie apstākļi atšķiras no dizaina

Atkarībā no faktiskajiem ārējiem apstākļiem, kas var atšķirties no aprēķinātajiem, atkarībā no metodes, piemēram, vairāku vadītāju (kabeļu), kas atrodas paralēli vai atrodas zemē citā temperatūrā, ieklāšanai, ir jāpielāgo maksimāli pieļaujamā strāva.

Pēc tam tiek ieviests korekcijas koeficients Kt, ar kuru zināmā (tabulas) apstākļos reizina ilgtermiņa pieļaujamo strāvu. Ja ārējā temperatūra ir zemāka par aprēķināto, tad koeficients ir lielāks par vienu; ja tas ir augstāks par aprēķināto, tad attiecīgi Kt ir mazāks par vienu.

Ievietojot vairākus paralēlus vadus ļoti tuvu viens otram, tie papildus sildīs viens otru, bet tikai tad, ja apkārtējā vide ir nekustīga. Faktiskie apstākļi bieži noved pie tā, ka vide ir mobila (gaiss, ūdens), un konvekcija noved pie vadītāju atdzišanas.

Ja vide ir gandrīz nekustīga, piemēram, kad tiek ievietota caurulē pazemē vai kanālā, tad savstarpēja sildīšana izraisīs ilgtermiņa pieļaujamās strāvas samazināšanos, un šeit jums atkal jāievada korekcijas koeficients Kn, kas norādīts kabeļu un vadu dokumentācijā.