Общие замечания. Выбор проводников по допустимому нагреву

10.

Выбор проводников по допустимому нагреву

Экономическая площадь сечения. Экономическая плотность тока.

Экономическая площадь сечения проводов или токоведущих жил кабелей - это сечение, при котором приведенные затраты на линиях являются минимальными. Плотность тока соответствующую такой площади сечения называют экономическая плотность тока.

Аналитическое выражение экономической площади сечения можно получить взяв производную по сечению и прировняв ее к нулю.

(9.4)

Производная приведенных затрат по сечению закономерно имеет физический смысл лишь при непрерывном изменении сечения. В реальных условиях, когда провода и кабели выбирают по ступенчатой шкале сечения, каждое сечение отвечает условиям оптимальности в пределах некоторого интервала нагрузки, также называемого экономическим.

Экономическая плотность тока:

(9.5)

Значение экономической плотности тока не зависит от нагрузки и может быть рассчитано для любой линии, характеризуемой входящими в формулу (9.5) постоянными величинами и временем потерь. В связи с тем, что параметры входящие в выражение (9.5) отличаются для различных энергосистем, в ПУЭ приведены значения экономической плотности тока рассчитанные по усредненным данным.

Зная экономическую плотность тока сечение можно определить:

(9.6)

Согласно ПУЭ проверке по экономической плотности тока не подлежат сети промышленных предприятий до 1000 В с Т_м до 4000ч. Ответвления от этих сетей, сборные шины станций и подстанций, сети временных сооружений (со сроком службы до пяти лет).

Прохождение электрического тока по проводнику, обладающему активным сопротивлением R, вызывает нагрев проводника. Выделяемая при этом тепловая энергия приводит к повышению температуры проводника θ.

Как только последняя превысит температуру окружающей среды θ_ср, под действием разности температур, называемой перегревом, начинается отдача тепла проводником в окружающую среду в количестве, тем больше, чем больше нагрет проводник.

Нагревание проводника током продолжается до тех пор, пока количество тепла, выделяемого в проводнике за определённый промежуток времени, не станет равным количеству тепла, отданному в окружающую среду за то же время.

Такое состояние называется тепловым равновесием, при нём температура проводника больше не изменяется.

Эту температуру называют установившейся, а разность - установившимся перегревом.

Очевидно, что каждому длительно протекающему току соответствует определённый установившейся перегрев и, следовательно, заданному перегреву - определенный длительный ток.

Для обеспечения, при протекании тока нагрузки, нормальной работы проводов и кабелей можно допускать вполне определённую максимальную температуру нагрева, зависящую от конструкции проводника и материала его изоляции, её называют предельно допустимой температурой θ_доп.

При заданной температуре окружающей среды, предельно допустимой температуре соответствует предельно допустимый перегрев: по которому может быть найден и длительно допустимый ток, I_доп.

Для неизолированных проводов BЛ предельно допустимую температуру нагревания θ_доп согласно ПУЭ принимают +70° С, она принята по условиям работы контактных соединений.

Для изолированных проводов θ_доп определяется сохранность изолирующих материалов. Для самонесущих изолированных проводов с изоляцией из термопластичного (СИП-1, СИП-1А, СИП-4) и сшитого(СИП-2, СИП-2А, СИП-3 и СИП-5) светостабилизированного полиэтилена значения допустимой температуры нагрева токопроводящих жил приведены в табл. 10.1.

Таблица 10.1.

Основные эксплуатационные характеристики проводов СИП

Марка провода	Номинальное напряжение, кВ	Допустимая температура нагрева токопроводящих жил, °С
СИП-1,СИП-1 А,СИП-4	до 1кВ
СИП-2,СИП-2А, СИП-5	до 1кВ
СИП-3	до 20кВ

Предельно допустимая температура нагрева токоведущих жил кабелей зависит от типа изоляции и номинального напряжения кабеля. Её значения приведены в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Предельно допустимая рабочая температура жил кабелей

Тип изоляции	Uн,кB	θдоп°С
Бумажная изоляция
Поливинилхлоридный	до 6

пластикат ПВХ
Сшитый полиэтилен и поливинилхлоридные композиции	До 110кВ

Для проводов контактной сети значение допустимой температуры нагрева приведены в табл. 10.3

Таблица 10.3

Допустимые температуры нагрева проводов контактной сети

Марка провода
Контактные провода медные МФ и МФО
Низколегированные НЛФ и НЛФО
Бронзовые Брф и БрФО
Несущие тросы

При заданной предельно допустимой температуре проводника допустимый перегрев зависит от температуры окружающей среды, в качестве последней принимают:

Ø для проводов и кабелей, прокладываемых на воздухе θ_ср = 25°С;

Ø для кабелей, прокладываемых в земле θ_ср = 15 °С;

Ø для и кабелей, прокладываемых в воде θ_ср = 5° С.

Следовательно для голых проводов ВЛ допустимый перегрев составит:

а для проводов СИП-2А: