Для неизолированных проводов воздушных линий электропередач основную роль играет передача тепла посредством конвекции, т. е. охлаждение нагретого провода движущимся потоком воздуха. Отдача тепла посредством лучеиспускания в данном случае невелика, так как температура проводов воздушных линий при нормальной эксплуатации не превышает 70 °С. Отдача тепла посредством теплопроводности в рассматриваемом случае практически не играет заметной роли из-за плохой теплопроводности воздуха.
При охлаждении прокладываемых в воздухе изолированных проводов и кабелей отдача тепла с их внешней поверхности происходит по тому же закону, как и для неизолированных проводов. Но при нагревании изолированных проводов и кабелей тепловой поток, прежде чем достичь внешней его поверхности, должен преодолеть тепловое сопротивление изолирующих и защитных покровов. Это обстоятельство ухудшает условия охлаждения изолированных проводов по сравнению с неизолированными.
Наиболее часто для прокладки в воздухе применяются провода и кабели с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией. Наибольшая допустимая температура определяется сохранностью изоляции. Длительный срок службы теплостойкой резиновой изоляции гарантируется при температуре, не превышающей + 65 °С, а полихлорвиниловой изоляции при температуре не более + 70 °С. При более высокой температуре резиновая изоляция становится хрупкой, полихлорвиниловая изоляция размягчается, и изоляционная оболочка провода или кабеля перестает удовлетворять требованиям.
Кабели с бумажной изоляцией получили широкое распространение при выполнении наружных электрических сетей городов и промышленных предприятий. Для таких сетей наиболее распространенным способом прокладки является прокладка в земляных траншеях. Условия охлаждения проложенных в земле кабелей отличаются от условий охлаждения проводов, прокладываемых на воздухе вследствие более высокой теплопроводности земли. Кабели прокладываются в земле на глубине 0,7... 1,0 м, где температура значительно отличается от температуры воздуха. Наибольшая среднемесячная температура почвы для большинства районов средней полосы России близка к +15 °С. Под нормальными условиями подразумевается прокладка в земле одного кабеля при температуре почвы + 15°С для среднего грунта с удельным сопротивлением 120 Ом · см.
Для кабелей с бумажной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке допустимая температура жил определяется устойчивостью к нагреванию кабельной бумаги и недопустимостью образования пустот внутри кабеля. Допустимая температура жил кабеля с бумажной изоляцией зависит от напряжения, на которое он рассчитан. При повышении допустимая температура жил кабеля понижается. Для кабелей с бумажной изоляцией на напряжение до 3 кВ допустимая температура + 80 °С, для кабелей на напряжение 6 кВ допустимая температура +65°С, для кабелей на напряжение 10 кВ допустимая температура +60°С.
Способ прокладки и масса проводника определяют величину постоянной времени нагрева:
где С - практически неизменная при реальных значениях температур теплоемкость проводника; Ао - коэффициент теплоотдачи, учитывающий суммарную отдачу тепла в окружающую среду за счет теплопроводности, лучеиспускания и конвекции.
Постоянную времени нагревания проводников, проложенных на открытом воздухе, можно принять независимой от времени нагрева. Значения постоянной времени нагрева То для открыто проложенных проводов и кабелей в зависимости от их сечения и номинального напряжения изменяются в пределах 3... 60 мин.
Постоянная времени нагрева кабелей, проложенных в земле, зависит от времени нагрева. По данным испытаний, постоянная времени нагрева кабелей, проложенных в земле, и времени максимума нагрузки от 2 до 5 ч равна 3...4 ч.
Таким образом, постоянная времени нагрева открыто проложенных проводников гораздо меньше, чем проложенных в траншеях.
При прокладке изолированных проводников в трубах условия их охлаждения значительно ухудшаются. Постоянную времени нагрева кабелей, проложенных в трубах, при длительности мало меняющейся нагрузки от 2 до 5 ч можно принять равной 1...2 ч.