Kas lemia ilgalaikę leistiną laido srovę

Kas lemia ilgalaikę leistiną laido srovę? Norėdami atsakyti į šį klausimą, turėsime apsvarstyti trumpalaikius šiluminius procesus, vykstančius tokiomis sąlygomis, kai per laidininką teka elektros srovė. Laidininko šildymas ir aušinimas, jo temperatūra, ryšys su varža ir skerspjūviu - visa tai bus šio straipsnio tema.

Pereinamasis procesas

Pirmiausia apsvarstykite įprastą cilindrinį laidininką, kurio ilgis L, skersmuo d, skerspjūvio plotas F, varža R, tūris V, akivaizdžiai lygus F * L, per kurį teka srovė I, metalo, iš kurio pagamintas laidininkas, savitoji šiluma - C, laidininko masė. yra lygus

m = V * Ω,

kur Ω yra laidininko metalo tankis, S = pi * d * L yra šoninės sienos plotas, per kurį vyksta aušinimas, Tpr yra dabartinė laidininko temperatūra, T0 yra aplinkos temperatūra, ir atitinkamai T = Tpr - T0 yra temperatūros pokytis. KTP yra šilumos perdavimo koeficientas, skaičiuojantis šilumos kiekį, perduodamą iš laidininko paviršiaus paviršiaus per 1 sekundę esant 1 laipsnio temperatūros skirtumui.

Paveikslėlyje parodyti laidininko srovės ir temperatūros grafikai per tam tikrą laiką. Laiku t1 iki t3 per laidininką tekėjo srovė.

Čia galite pamatyti, kaip, įjungus srovę, palaipsniui pakyla laidininko temperatūra, o t2 metu ji nustoja didėti, stabilizuojasi. Bet išjungus srovę t3 metu, temperatūra pradeda pamažu mažėti, o laiku t4 ji vėl tampa lygi pradinei vertei (T0).

Taigi, galima surašyti šilumos balanso lygtį, diferencialinę lygtį, skirtą laidininko šildymo procesui, kur atsispindės, kad ant laidininko skleidžiama šiluma iš dalies absorbuojama paties laidininko, o iš dalies atiduodama aplinkai. Čia yra lygtis:

Kairėje (1) lygties pusėje yra laidininko išleidžiamas šilumos kiekis per laiką dt, I srovės praleidimas.

Pirmasis terminas, esantis dešinėje (2) lygties pusėje, yra laidininko medžiagos sugertos šilumos kiekis, nuo kurio laidininko temperatūra padidėja dT laipsniais.

Antrasis terminas, esantis 3 lygties dešinėje, yra šilumos kiekis, kuris per laiką dt buvo perduotas iš laidininko į aplinką ir yra susijęs su laidininko S paviršiaus plotu ir temperatūros skirtumu T per šilumos laidumo koeficientą Ktp.

Pirma, įjungus srovę, visa laidininko skleidžiama šiluma naudojama tiesiogiai laidininkui pašildyti, dėl ko padidėja jo temperatūra, ir tai yra dėl laidininko medžiagos šiluminės talpos C.

Kylant temperatūrai, atitinkamai didėja paties laidininko ir aplinkos temperatūros skirtumas T, o iš dalies pagaminta šiluma jau padidina aplinkos temperatūrą.

Kai laidininko temperatūra pasiekia pastovią pastoviąją „Tust“ vertę, šiuo metu visa iš laidininko paviršiaus išsiskirianti šiluma perduodama į aplinką, taigi laidininko temperatūra daugiau nedidėja.

Diferencinės šilumos balanso lygties sprendimas bus:

Praktiškai šis trumpalaikis procesas trunka ne daugiau kaip tris laiko konstantas (3 * τ), o po šio laiko temperatūra pasiekia 0,95 * Tust. Kai sustabdomas pereinamasis šildymo procesas, šilumos balanso lygtis yra supaprastinta ir pastovią temperatūrą galima lengvai išreikšti:

Leistina srovė

Dabar galime išsiaiškinti, kokia tiksliai srovės vertė yra ilgą laiką leistina laidininko ar kabelio srovė. Akivaizdu, kad, remiantis jo dokumentais, kiekvienam laidininkui ar kabeliui yra nustatyta normali nepertraukiama temperatūra.Tai tokia temperatūra, kurioje kabelis ar laidas gali būti nuolat ir ilgą laiką nepakenkiant sau ir kitiems.

Iš aukščiau pateiktos lygties paaiškėja, kad su tokia temperatūra yra susijusi tam tikra srovės vertė. Ši srovė vadinama leistina laido srovė. Tai yra tokia srovė, kuri ilgą laiką praleidžiant per laidininką (daugiau kaip tris laiko konstantas) įkaista ją iki leistinos, tai yra normalios Tdd temperatūros.

Čia: Idd - ilgalaikė leistina laidininko srovė; TDD - leistina laidininko temperatūra.

Norėdami išspręsti praktines problemas, patogiausia nustatyti ilgalaikę leistiną srovę pagal specialias PUE lenteles.

Laidininko tipas

Leistina temperatūra

Trumpalaikė leistina temperatūra

Bare laidininkas ar autobusas

70^apieSu

Varis - 300^apieSu

Bare laidininkas ar autobusas

70^apieSu

Aliuminis - 200^apieSu

Kabelis popieriaus izoliacijoje iki 3 kV

80^apieSu

200^apieSu

Kabelis popieriaus izoliacijoje iki 6 kV

65^apieSu

200^apieSu

Kabelis popieriaus izoliacijoje iki 10 kV

60^apieSu

200^apieSu

Kabelis popieriaus izoliacijoje iki 35 kV

50^apieSu

125^apieSu

Kabelis gumos izoliacijoje iki 1 kV

65^apieSu

150^apieSu

Kabelis PVC izoliacijoje iki 1 kV

65^apieSu

150^apieSu

XLPE izoliuotas kabelis iki 1 kV

90^apieSu

250^apieSu

Trumpo jungimo metu per laidininką teka reikšminga trumpojo jungimo srovė, kuri gali žymiai įkaitinti laidininką, viršydama jo normalią temperatūrą. Dėl šios priežasties laidininkams būdingas mažiausias skerspjūvis, pagrįstas trumpalaikio laidininko kaitinimo trumpojo jungimo srove sąlygomis:

Čia: Ik - trumpojo jungimo srovė amperais; tp yra sumažinta trumpojo jungimo srovės trukmė sekundėmis; C yra koeficientas, kuris priklauso nuo laidininko medžiagos ir konstrukcijos bei trumpalaikės leistinos temperatūros.

Skyriaus jungtis

Dabar pažiūrėkime, kaip ilgalaikė leistina srovė priklauso nuo laidininko skerspjūvio. Išreiškę šoninės sienos plotą per laidininko skersmenį (formulė straipsnio pradžioje), darant prielaidą, kad pasipriešinimas yra susijęs su skerspjūvio plotu ir savitu laidininko medžiagos pasipriešinimu, ir, pakeitę žinomą pasipriešinimo formulę aukščiau pateikta Idd formule, gauname ilgalaikę leistiną srovės Idd formulę. :

Nesunku pastebėti, kad santykis tarp ilgalaikės leistinos laidininko Idd ir skerspjūvio F nėra tiesiogiai proporcingas, čia skerspjūvio plotas padidinamas iki galios ¾, o tai reiškia, kad ilgalaikė leistina srovė didėja lėčiau nei laidininko skerspjūvis. Kitos konstantos, tokios kaip varža, šilumos perdavimo koeficientas, leistina temperatūra, yra apibrėžtos kiekvieno laidininko atžvilgiu.

Tiesą sakant, priklausomybė negali būti tiesioginė, nes kuo didesnis laidininko skerspjūvis, tuo blogesnės laidininko vidinių sluoksnių aušinimo sąlygos, tuo priimtinesnė temperatūra pasiekiama esant mažesniam srovės tankiui.

Jei naudosite didesnio skerspjūvio laidus, kad išvengtumėte perkaitimo, tai sunaudos per daug medžiagų. Daug pelningiau naudoti kelis lygiagrečiai nutiestus mažo skerspjūvio laidus, tai yra, naudoti daugiagyslius laidus ar kabelius. Ir santykis tarp ilgalaikės leistinos srovės ir viso skerspjūvio ploto paaiškėja taip:

F

1

2

4

Ašdd

1

1,68

2,83

Srovė ir temperatūra

Norėdami apskaičiuoti laidininko temperatūrą esant žinomai srovei ir esant išorinėms sąlygoms, atsižvelkite į pastovią būseną, kai laidininko temperatūra pasiekia „Tust“, ir nebeauga. Pradiniai duomenys - srovė I, šilumos perdavimo koeficientas Ktp, varža R, šoninės sienos plotas S, aplinkos temperatūra T0:

Panašus nuolatinės srovės apskaičiavimas:

Čia T0 laikoma apskaičiuota aplinkos temperatūra, pavyzdžiui, + 15 ° C klojant po vandeniu ir žeme arba + 25 ° C klojant lauke. Tokių skaičiavimų rezultatai pateikti ištisinių srovių lentelės, o oro temperatūra siekia + 25 ° C, nes tai yra vidutinė karščiausio mėnesio temperatūra.

Pirmąją lygtį padalijus iš antrosios ir išreiškiant laidininko temperatūrą, galime gauti formulę, kaip rasti laidininko temperatūrą esant kitai nei leistina ilgalaikiam, o esant nurodytai aplinkos temperatūrai, jei žinoma ilgalaikė leistina srovė ir ilgalaikė leistina temperatūra, ir jums nereikia kreiptis į kitas konstantos:

Iš šios formulės matyti, kad temperatūros kilimas yra proporcingas srovės kvadratui, o jei srovė padidės 2 kartus, tada temperatūros padidėjimas padidės 4 kartus.

Jei išorinės sąlygos skiriasi nuo projekto

Atsižvelgiant į faktines išorines sąlygas, kurios gali skirtis nuo apskaičiuotų, atsižvelgiant į klojimo būdą, pavyzdžiui, kelių laidininkų (kabelio), esančių lygiagrečiai, arba klojant į žemę skirtingoje temperatūroje, reikia sureguliuoti didžiausią leistiną srovę.

Tada įvedamas pataisos koeficientas Kt, kuriuo žinomo (lentelės) sąlygomis padauginama ilgalaikė leistina srovė. Jei išorės temperatūra yra žemesnė už apskaičiuotą, tada koeficientas yra didesnis nei vienas; jei ji yra aukštesnė už apskaičiuotą, atitinkamai, Kt yra mažesnė už vieną.

Klojant kelis lygiagrečius laidus labai arti vienas kito, jie papildomai šildys vienas kitą, bet tik tuo atveju, jei supanti aplinka yra nejudanti. Faktinės sąlygos dažnai lemia tai, kad aplinka yra judri (oras, vanduo), o konvekcija lemia laidininkų aušinimą.

Jei terpė yra beveik nejudanti, pavyzdžiui, klojant vamzdyje po žeme ar ortakyje, tada dėl abipusio šildymo sumažės ilgalaikė leistina srovė, o čia vėl reikia įvesti pataisos koeficientą Kn, kuris pateiktas kabelių ir laidų dokumentuose.

Comments

[#1]

Apskritai, kiekvienas save gerbiantis laidų ar kabelių tiekėjas šiandien pateikia pridedamas lenteles, kuriose tam tikram laidui esant įvairioms sąlygoms galite lengvai rasti ilgalaikę leistiną srovę ir neklysti. Gamintojas pats atlieka visus reikalingus skaičiavimus ir skaičiavimus, o vartotojas iš lentelės gali pasirinkti tik tinkamo skyriaus kabelį ar laidą ir reikiamą modifikaciją.

[#2 Anatolijus]

Teisingai! Bet ne tik klojant kabelį į žemę, bet ir klojant tiesiai į vartus po tinku, kabelio klojimo sąlygos gali skirtis nuo apskaičiuotų (deja, norminiuose ir techniniuose dokumentuose, įskaitant PUE, šiam klausimui neskiriama reikiamo dėmesio), taigi klaidos klojant kabelį. Pavyzdžiui, pagal PUE kabelio vardinė srovė, klojant jį vamzdyje, o PVC gofruotas iš esmės yra lankstus PVC vamzdis, vardinė kabelio srovė, kurios gofruotės užpildymo koeficientas su kabeliu yra 0,3–0,5, yra 21 amperas, ir smėlyje - cemento tinkas - 20 amperų. Jei naudojate GOST RM EK 60287 - 2 - 1 - 2009, tada, žinant, kad smėlio-cemento tinko šiluminė varža vidutiniškai yra 1 (m * laipsnių Celsijaus / vatų), o plaučių šiluminė varža. akytojo betono yra lygus 10 (m * laipsnio Celsijaus / vatų), gauname, kad akytojo betono vardinė kabelio srovė yra 20 * 20/10 = 40, išgauname kvadratinę šaknį ir gauname apie 7,1 ampero, eksploatavimo praktika parodė, kad realiomis klojimo sąlygomis, kai viena pusė padengta gipsu, vardinė laido srovė yra apie 10 amperų, ​​du kartus ir mažiau nei smėlio ir cemento tinkuose. Tas pats pasakytina ir apie kitas statybines medžiagas. Jei kabelis tęsiasi per prailgintą akytojo betono, gipso ir kt. skyrių, pagal PUE, vardinė kabelio srovė turi būti parinkta atsižvelgiant į blogiausias jo klojimo sąlygas arba srovę. esant 10 amperų ir 6 amperų Cayuel grandinės pertraukikliui. BET, jei klojate kabelį, taip pat ir laidą, kad apvalkalas netrukdytų jam geriau atvėsti, tada laido nominali srovė yra 21 amperų, ​​nes jo klojimo aplinka nepasikeitė.O eksploatavimo praktika patvirtina, kad taip yra todėl Taigi svarbiausias gofruotės tikslas yra išsaugoti vardinę kabelio srovę nepriklausomai nuo jo klojimo sąlygų, tai yra, neatsižvelgiant į medžiagų, ant kurių klojamas kabelis, šiluminę varžą. Gofravimas yra specialiai sukurtas šiam reikalavimui įvykdyti. išsaugant vardinę kabelio srovę, laido skleidžiama šiluminė energija sugeriama gofruoto oro, o pačios gofro medžiagos - konvekcijos ir šilumos spinduliuotės būdu, o šilumos perdavimas neturi reikšmingo vaidmens kabelio aušinimo vaidmuo dėl labai didelio šiluminio oro pasipriešinimo ir paties gofravimo, žinoma, klojant medžiagas, turinčias mažą šiluminę varžą, gofravimo temperatūra mažėja ir ji sugeba absorbuoti daugiau šiluminės energijos, tačiau šis sumažėjimas nėra reikšmingas Net klojant kabelį gofruotoje akytoje betoninėje medžiagoje , akytojo betono šiluminė varža yra ne didesnė kaip 18 - 20% gofruoto oro šiluminės varžos. Tai yra, net esant be galo dideliam išorinės aplinkos atsparumui klojant gofrą, kabelis esant vardinei srovei nėra kaitinamas Temperatūra bus aukštesnė nei leistina, o mažo šiluminio pasipriešinimo aplinkoje kabelio temperatūra, klojant jį gofruotoje, bus dar žemesnė nei maksimali leistina. Gofruotė buvo sukurta vietoj plieninių vamzdžių, kai statybose buvo pradėtos naudoti įvairios medžiagos, turinčios skirtingą šiluminę varžą palei kabelio tiesimo takus. .

[#3 Nikolajus]

Bet kuri nuolat tekanti srovė esant pastovioms išorinėms sąlygoms atitinka tiksliai apibrėžtą laidininko temperatūrą pastoviai. Ilgalaikės srovės, kai temperatūra tampa maksimaliai leistina tam tikros markės laidui ar kabeliui, dydis vadinamas ilgą laiką leistina srovės apkrova.

Ilgalaikės leistinos srovės dydis priklauso nuo laidininko medžiagos ir skerspjūvio, aplinkos temperatūros, izoliacinės medžiagos ir klojimo būdo. Taip pat svarbus laidų ir kabelių veikimo būdas. Su pertraukiamuoju režimu galima padidinti leistiną srovės apkrovą. Norint nustatyti ilgalaikės leistinos srovės vertę, svarbu žinoti aukščiausią teigiamą aplinkos temperatūrą, nes esant žemai temperatūrai toje pačioje srovėje yra palankesnės laidų ir kabelių darbo sąlygos.

[#4 Aleksas]

Neaišku - kaip vielos, kurios kvadratinis skerspjūvis yra 2 mm, srovės stipris yra tik 1,68 A ???

25A Jūs galite lengvai, aš nieko nesuprantu ...