Выбор сечений проводников по допустимому нагреву

Электрический ток в проводнике выделяет тепловую энер­гию, часть которой расходуется на повышение его температуры, а часть выделяется в окружающую среду.

При изменении тока в проводнике или изменении условий охлаждения изменяется температура его нагрета. Если величина тока в проводнике или условия охлаждения не меняются, то ко­личество выделяемого им тепла соответствует количеству тепла, выделяемого в окружающую среду. Наступает тепловое равно­весие, и проводник нагревается до установившейся температуры,

Нагрев изменяет физические свойства проводника. Повы­шается его сопротивление, а значит, увеличивается бесполезный расход электроэнергии на нагрев токоведущих частей. Чрезмер­ный нагрев проводников опасен для изоляции, вызывает пере­грев контактных соединений, что может привести к пожару или взрыву.

Надежная, длительная работа проводов и кабелей опреде­ляется длительной допустимой температурой их нагрева, вели­чина которой зависит от вида изоляции. Учитывая условия на­дежности, безопасности и экономичности, ПУЭ устанавливают предельную температуру нагрева проводников в зависимости от длительности прохождения тока, материала токоведущей части и изоляции провода или кабеля (табл. 5.1). Длительно протекающий по проводнику ток, при котором устанавливается длительная допустимая температура нагрева, называется допустимым током по нагреву I_д. Величина его за­висит как от марки провода или кабеля, так и от условий про­кладки и температуры окружающей среды. Длительно допустимые токи нагрузки проводов, кабелей и шин указаны в таблицах ПУЭ, составленных для температур ок­ружающего воздуха +25 °С, почвы +15 °С, и приведены в при­ложениях.

Таблица 5.1

Допустимые температуры нагрева проводников, °С.

Выбор сечения проводника по нагреву длительным током на­грузки сводится к сравнению расчетного тока с допустимым табличным значением для принятых марок провода или кабеля и условий их прокладки. За длительный расчетный ток линии принимается ток получасового максимума. При выборе должно соблюдаться условие

(5.31)

Если температура воздуха отличается от +25 °С, а земли - от +15 °С, или кабели прокладываются параллельно, то условия охлаждения меняются и табличные значения допустимых токов нагрузки пересчитываются с помощью поправочных коэффици­ентов.

При отклонении температуры окружающей среды от норми­руемой определяется новое значение допустимого тока нагрузки с поправкой на температуру:

(5.32)

где К_т — поправочный температурный коэффициент.

При параллельной прокладке кабелей в земле или в трубах условия их охлаждения ухудшаются, что учитывается поправоч­ным коэффициентом на прокладку К_п, значения которого даются в зависимости от количества параллельно прокладываемых ка­белей и расстояния между ними:

(5.33)

Периодические нагрузки, наблюдаемые при повторно-кратко­временном режиме работы электроприемников, нагревают про­водники меньше, чем токи длительного режима. Для сравнения длительных допустимых токов с токами повторно-кратковремен­ного режима последние должны быть пересчитаны согласно ПУЭ на условный «приведенный длительный» ток нагрузки. Выбор по нагреву производится в таких случаях из условия

(5.34)

где I_пв — ток (А) повторно-кратковременного режима работы электроприем­ника с продолжительностью включения ПВ, выраженной в относительных еди­ницах.

По нагреву длительным током нагрузки проверяются все проводники электрических сетей в нормальном и послеаварийном режимах. Послеаварийный режим возникает при отключе­нии поврежденного элемента системы электроснабжения (линии, трансформатора) и длится до восстановления нормального ре­жима, но не более одних суток. Оставшиеся включенными па­раллельные линии или трансформаторы в послеаварийном ре­жиме работают с допустимой перегрузкой, обеспечивая питанием нагрузки поврежденного элемента.

Для кабельных и воздушных линий до 10 кВ включительно разрешается увеличивать табличные значения допустимого тока по нагреву, если при нормальном режиме нагрузка на линию составляла 80 % от длительного допустимого тока по нагреву, причем перегрузка может продолжаться не более 5 суток подряд по 6 ч в сутки. Значения длительно допустимого тока нагрузки увеличиваются на 25 % на воздушных линиях и кабелях, проложенных в земле - в траншее или открыто, и на 15 % при прокладке кабелей в земле - в кабельной канализации.

Выбор сечения проводника только по нагреву допустимым током приводит к большим потерям активной мощности на на­грев и к значительной потере напряжения. Поэтому для окон­чательного выбора сечения следует провести все расчеты, тре­буемые ПУЭ: по потере напряжения или мощности, по экономи­ческой плотности тока. Принять надо наибольшее, определенное этими расчетами, сечение проводника. [ Пестников Н.П., 66-68].