categorii: Electricieni novici, Electrician industrial
Număr de vizualizări: 14968
Comentarii la articol: 4
Ceea ce determină curentul de cablu admis pe termen lung
Ce determină curentul de cablu admis pe termen lung? Pentru a răspunde la această întrebare, va trebui să luăm în considerare procesele termice tranzitorii care apar în condiții în care un curent electric curge prin conductor. Încălzirea și răcirea unui conductor, temperatura acestuia, conexiunea cu rezistența și secțiunea transversală - toate acestea vor face obiectul acestui articol.
Procesul de tranziție
Pentru început, luați în considerare un conductor cilindric convențional cu lungimea L, diametrul d, aria secțiunii transversale F, rezistența R, volumul V, evident egal cu F * L, prin care curge curentul I, căldura specifică a metalului din care este realizat conductorul - C, masa conductorului este egal cu
m = V * Ω,
unde Ω este densitatea metalului conductorului, S = pi * d * L este aria peretelui lateral prin care se produce răcirea, Tpr este temperatura curentă a conductorului, T0 este temperatura mediului și, în consecință, T = Tpr - T0 este schimbarea temperaturii. KTP este coeficientul de transfer de căldură, caracterizând numeric cantitatea de căldură transferată de la o suprafață unitară a unui conductor în 1 secundă la o diferență de temperatură de 1 grad.
Figura prezintă grafice ale curentului și temperaturii în conductor în timp. Din timpul t1 până în momentul t3, curentul am trecut prin conductor.
Aici puteți vedea cum, după pornirea curentului, temperatura conductorului crește treptat, iar la momentul t2 încetează să crească, se stabilizează. Dar după oprirea curentului la ora t3, temperatura începe să scadă treptat, iar la momentul t4 devine din nou egală cu valoarea inițială (T0).
Așadar, este posibil să se scrie ecuația balanței de căldură, o ecuație diferențială pentru procesul de încălzire a conductorului, unde se va reflecta că căldura degajată pe conductor este parțial absorbită de conductor și în parte este dată mediului. Iată ecuația:
În partea stângă a ecuației (1) se află cantitatea de căldură eliberată în conductor în timpul dt, trecerea curentului I.
Primul termen din partea dreaptă a ecuației (2) este cantitatea de căldură absorbită de materialul conductor, din care temperatura conductorului a crescut cu grade dT.
Al doilea termen în partea dreaptă a ecuației (3) este cantitatea de căldură care a fost transferată de la conductor la mediu în timpul dt și este legată de suprafața conductorului S și de diferența de temperatură T prin coeficientul de conductivitate termică Ktp.
În primul rând, când curentul este pornit, toată căldura degajată în conductor este folosită pentru încălzirea directă a conductorului, ceea ce duce la o creștere a temperaturii sale, iar acest lucru se datorează capacității de căldură C a materialului conductor.
Odată cu creșterea temperaturii, diferența de temperatură T între conductorul însuși și respectiv mediul, crește, iar căldura generată parțial merge deja pentru a crește temperatura mediului.
Atunci când temperatura conductorului atinge o valoare stabilă constantă de Tust, în acest moment toată căldura eliberată de pe suprafața conductorului este transferată în mediu, astfel încât temperatura conductorului nu mai crește.
Soluția ecuației diferențiale a balanței de căldură va fi:
În practică, acest proces tranzitoriu nu durează mai mult de trei constante de timp (3 * τ), iar după acest timp temperatura atinge 0,95 * Tust. Când procesul de tranziție de încălzire se oprește, ecuația de echilibru termic este simplificată, iar temperatura în stare de echilibru poate fi ușor exprimată:
Curent admis
Acum putem ajunge la valoarea exactă a curentului pare a fi un curent permis pe termen lung pentru un conductor sau un cablu. Evident, pentru fiecare conductor sau cablu există o anumită temperatură continuă normală, conform documentației sale.Aceasta este o astfel de temperatură la care un cablu sau un fir poate fi continuu și mult timp, fără a dăuna pentru sine și pentru ceilalți.
Din ecuația de mai sus devine clar că o valoare specifică curentă este asociată cu o astfel de temperatură. Acest curent se numește Curent de cablu admis. Acesta este un astfel de curent, care, atunci când trece prin conductor mai mult timp (mai mult de trei constante de timp), îl încălzește la un nivel admisibil, adică temperatura normală Tdd.
Aici: Idd - curent de conductor admis pe termen lung; TDD - temperatura admisibilă a conductorului.
Pentru a rezolva problemele practice, este cel mai convenabil să se determine curentul admis pe termen lung, în conformitate cu tabelele speciale din PUE.
În cazul unui scurtcircuit, un curent de scurtcircuit semnificativ curge prin conductor, care poate încălzi semnificativ conductorul, depășind temperatura normală. Din acest motiv, conductorii sunt caracterizați printr-o secțiune minimă bazată pe condiția încălzirii pe termen scurt a conductorului de un curent de scurtcircuit:
Aici: Ik - curent de scurtcircuit în amperi; tp este durata redusă a curentului de scurtcircuit în câteva secunde; C este un coeficient care depinde de materialul și construcția conductorului și de temperatura admisă pe termen scurt.
Secțiunea Conexiune
Acum să vedem cum curentul admis pe termen lung depinde de secțiunea transversală a conductorului. După ce a exprimat aria peretelui lateral prin diametrul conductorului (formula de la începutul articolului), acceptând că rezistența este legată de zona secțiunii transversale și rezistența specifică a materialului conductorului și înlocuind formula binecunoscută pentru rezistență în formula Idd, dată mai sus, obținem pentru o formulă Idd curentă admisă pe termen lung. :
Este ușor de observat că relația dintre curentul admisibil pe termen lung al conductorului Idd și secțiunea F nu este direct proporțională, aici zona secțiunii transversale este ridicată la puterea ¾, ceea ce înseamnă că curentul admisibil pe termen lung crește mai lent decât secțiunea transversală a conductorului. Alte constante, cum ar fi rezistivitatea, coeficientul de transfer de căldură, temperatura admisibilă, sunt individuale prin definiție pentru fiecare conductor.
În realitate, dependența nu poate fi directă, deoarece cu cât secțiunea transversală a conductorului este mai mare, cu atât condițiile de răcire ale straturilor interioare ale conductorului sunt mai grave, cu atât temperatura este mai acceptabilă la o densitate mai mică a curentului.
Dacă utilizați conductoare cu secțiune mai mare pentru a evita supraîncălzirea, acest lucru va duce la un consum excesiv de material. Este mult mai profitabil să folosiți mai mulți conductori cu secțiune mică, așezate în paralel, adică să folosiți conductoare sau cabluri multicore. Iar relația dintre curentul permis pe termen lung și zona transversală în ansamblu se dovedește astfel:
Curent și temperatură
Pentru a calcula temperatura conductorului la un curent cunoscut și condiții externe date, luați în considerare starea de echilibru când temperatura conductorului atinge Tust și nu mai crește. Date inițiale - curentul I, coeficientul de transfer de căldură Ktp, rezistența R, zona peretelui lateral S, temperatura mediului T0:
Un calcul similar pentru curent continuu:
Aici, T0 este luat ca temperatura ambiantă calculată, de exemplu + 15 ° C pentru așezarea sub apă și în pământ, sau + 25 ° C pentru așezarea în aer liber. Rezultatele acestor calcule sunt prezentate în tabele de curenți continueși pentru aer au o temperatură de + 25 ° C, deoarece aceasta este temperatura medie a celei mai calde luni.
Împărțind prima ecuație la a doua și exprimând temperatura conductorului, putem obține o formulă pentru găsirea temperaturii conductorului la un curent diferit de cel pe termen lung admis și la o temperatură ambiantă dată, dacă se cunoaște un curent admis pe termen lung și o temperatură admisă pe termen lung și nu este necesar să recurgeți la alte constante:
Din această formulă se vede că creșterea temperaturii este proporțională cu pătratul curentului, iar dacă curentul crește de 2 ori, atunci creșterea temperaturii va crește de 4 ori.
Dacă condițiile externe diferă de design
În funcție de condițiile externe reale, care pot diferi de cele calculate, în funcție de metoda de așezare, de exemplu, mai mulți conductori (cabluri) situate în paralel sau așezate la sol la o temperatură diferită, este necesară o ajustare a curentului maxim admis.
Apoi, se introduce factorul de corecție Kt, prin care curentul admis pe termen lung se înmulțește în condiții cunoscute (tabulare). Dacă temperatura externă este mai mică decât cea calculată, atunci coeficientul este mai mare decât unul; dacă este mai mare decât cel calculat, atunci, în consecință, Kt este mai mic decât unul.
Atunci când se așează mai mulți conductori paraleli foarte aproape unul de celălalt, se vor încălzi suplimentar, dar numai dacă mediul înconjurător este staționar. Condițiile reale duc adesea la faptul că mediul este mobil (aer, apă), iar convecția duce la răcirea conductorilor.
Dacă mediul este aproape staționar, de exemplu, când așezați într-o conductă subterană sau într-o conductă, atunci încălzirea reciprocă va provoca o scădere a curentului admis pe termen lung, iar aici trebuie să introduceți din nou factorul de corecție Kn, care este prezentat în documentația pentru cabluri și fire.
Consultați și la electro-ro.tomathouse.com
: