Выбор сечения проводов и кабелей по допустимому нагреву.

Ответ: При прохождении тока (I) в проводнике с активным сопротивлением R, согласно закону Джоуля-Ленца, за время t выделяется тепловая энергия Q которая расходуется на нагревание его. Как только температура проводника (тэтта) превысит температуру окружающей среды часть теплоты будет отдаваться в окружающую среду. Через время (3…4)Т₀ (рис. 4.1) температура проводника достигнет установившегося значения (тэтта), при котором вся выделяющаяся теплота отдается проводником в окружающую среду. Это состояние называется тепловым равновесием. Нагрев проводника может изменять его физические свойства. Чрезмерный нагрев опасен для изоляции, вызывает перегрев контактных соединений, что может привести к пожару или взрыву. Каждому значению тока, длительно проходящего по проводнику при заданных условиях охлаждения, соответствует определенное значение температуры нагрева проводника. Максимальная температура проводника, при которой изоляция проводника сохраняет диалектические свойства и обеспечивается надежная работа контактов, называется предельно допустимой, а наибольший ток, соответствующий этой температуре, называется длительно допустимым током по нагреву. Установлены три вида допустимых температур проводников: – длительно допустимый нагрев жил проводника по нормам в зависимости от типа изоляции и напряжения); – кратковременно допустимый нагрев при перегрузках (75 в зависимости от типа изоляции и напряжения); – максимально допустимое превышение температуры жил проводника над температурой среды при токах КЗ в зависимости от типа изоляции, материала проводника и напряжения). Установлена также температура окружающей среды по нормам – прокладка проводов, кабелей и шин в воздухе внутри и вне помещений вт.ч. прокладка кабелей в каналах и туннелях; – прокладка кабелей в земле - траншеях, воде. Уравнение теплового боланса для проводника, обтекаемого током при превышении температуры жил по нормам имеет вид: где К - коэффициент теплоотдачи, F - поверхность охлаждения провода, см². Тогда длительно допустимый ток по нагреву определится по выражению: Таким образом, при заданных температурных условиях нагрузочная способность проводника возрастает с увеличением его поверхности F, коэффициента теплоотдачи К и с уменьшением его сопротивления. Для практических расчетов пользуются готовыми таблицами длительно допустимых токов по нагреву проводов и кабелей из различных материалов при различных условиях прокладки. Для выбора сечения проводника по условиям нагрева токами нагрузки сравнивается расчетный (I_р) и допустимый I_доп токи для проводника (проводов, кабелей и шин) принятой марки и условий его прокладки. При этом должно соблюдаться соотношение:

где Кп - поправочный коэффициент, корректирующий допустимый ток на условия прокладки проводов и кабелей, зависящий от температуры земли и воздуха (табл.1.3.3 ПУЭ); I_р – расчетный ток длительного режима работы; I_р =i_н – для одиночного электроприемника длительного режима работы (i_н – номинальный ток); I_р = i_пв ПВ/0,875 – для электроприемника с повторно-кратковременным (ПКР) или кратковременным (КР) режимах работы с общей длительностью цикла до 10мин и длительностью рабочего периода не более 4мин (ПВ ≤ 0,4), а также для КР длительностью включения не более 4мин и перерывами между включениями, достаточными для охлаждения проводников до температуры окружающей среды для медных проводников сечением более 6мм², а для алюминиевых проводников более 10мм². При длительности включения более 4мин, а также при перерывах недостаточной длительности между включениями наибольшие допустимые токи следует принимать, как для установок с длительным режимом работы;

0,875 – коэффициент запаса; ПВ – продолжительность включения в о.е.; i_пв – номинальный ток электроприемника ПКР работы; I_р = S_р/3U_н – расчетный ток группы электроприемников.

Во взрывоопасных помещениях сечения проводников для ответвлений к асинхронным электродвигателям с короткозамкнутым ротором принимаются исходя из следующих условий:

_. (4.4)

Для проводов и кабелей, проложенных в коробах, а также в лотках пучками для их длительно допустимых токов вводятся снижающие коэффициенты к_п1 = 0,6 – 0,85 в зависимости от количества проложенных рядом проводов или кабелей (1.3.10,1.3.11 ПУЭ):

_. (4.5)

При выборе снижающих коэффициентов контрольные и резервные кабели и провода не учитываются. Длительно допустимые токи кабелей с бумажной изоляцией, проложенные в траншее корректируются поправочными коэффициентами, учитывающими удельное сопротивление земли (к₂) (табл. 1.3.23 ПУЭ) и совместное количество работающих кабелей (к₃) (табл. 1.3.26 ПУЭ): _. (4.6)

На период ликвидации послеаварийного режима продолжительностью не более 6 ч в сутки в течении 5 суток допускается перегрузка для кабелей (к_.ав): с полиэтиленовой изоляцией до 10% номинальной нагрузки; с поливинилхлоридной до 15%; с бумажной изоляцией до 25% (1.3.6 ПУЭ):

. (4.7)

Выбранные проводники согласовываются с их защитным аппаратом в соответствии с условием:

, (4.8)

где к_з – кратность длительно допустимого тока провода или кабеля по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата, коэффициент защиты (табл. 4.1); I_з – номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата.

Таблица 4.1 Минимально допустимые значения коэффициента защиты к_з

Примечания: I_{ном. вст.} – номинальный ток плавкой вставки; I_{уст. э. о.} – ток уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно расцепитель (отсечку); I_{ном. р. нр.} – номинальный ток расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки); I_{сраб. рег.} – ток трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой. Наличие аппаратов защиты с завышенными значениями I_з не является обоснованием для увеличения сечения проводников, выбранных по длительному расчетному току. Если условие (4.8) не выполняется: допускается применение проводника ближайшего меньшего сечения, но не менее, чем это требуется по расчетному току (3.1.13 ПУЭ); необходимо проверить надежность срабатывания защиты при КЗ по условиям (Гл 4.7); принимаются аппараты защиты с другими характеристиками.