Длительно допустимая температура нагрева жил. Измерение температуры нагрева кабелей

Страница 1 из 8

Силовая кабельная линия - это линия для передачи электрической энергии, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными. стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. В силовых кабельных линиях наиболее широко используются кабели с бумажной и пластмассовой изоляцией. Тип изоляции силовых кабелей и их конструкция влияют не только на технологию монтажа, но и на условия эксплуатации силовых кабельных линий. В особенности это касается кабелей с пластмассовой изоляцией. Так в результате изменяющихся при эксплуатации нагрузок и дополнительного нагрева, обусловленного перегрузками и токами короткого замыкания, в изоляции кабелей возникает давление от увеличивающегося при нагреве полиэтилена (поливинилхлорида), которое может растягивать экраны и оболочки кабелей, вызывая их остаточные деформацию. При последующем охлаждении вследствие усадки в изоляции образуются газовые или вакуумные включения, являющиеся очагами ионизации. В связи с этим будут изменяться ионизационные характеристики кабелей. Сравнительные данные по величине температурного коэффициента объемного расширения различных материалов, используемых в конструкциях силовых кабелей приведенные в таблице 1.

Таблица 1. Температурные коэффициенты объемного расширения материалов, применяемых в конструкции силовых кабелей

При этом следует отметить, что наибольшая величина температурного коэффициента объемного расширения имеет место при температурах 75-125°С. соответствующего нагреву изоляции при кратковременных перегрузках и токах короткого замыкания.

Бумажная пропитанная изоляция жил кабелей имеет высокие электрические характеристики. продолжительные срок службы и сравнительно высокую температуру нагрева. Кабели с бумажной изоляцией лучше сохраняют свои электрические характеристики в процессе эксплуатации при возникавших частых перегрузах и связанных с этим дополнительных нагревах.

Для обеспечения длительной и безаварийной работы кабельных линий необходимо, чтобы температура жил и изоляции кабеля в процессе эксплуатации не превышала допустимых пределов.

Длительно допустимая температура токопроводящих жил и допустимый их нагрев при токах короткого замыкания определяются материалом изоляции кабеля. Максимально допустимые температуры жил силовых кабелей для различного материала изоляции жил приведены в табл. 2.

Таблица 2. Максимально допустимые температуры жил силовых кабелей

Изоляция жил	Напряжение кабеля, кВ	Длительно допустимая температура жил кабеля, РС	Допустимый нагрев жил при токах короткого замыкания, °С
Бумажная пропитанная
Пластмассовая:
поливинилхлоридный пластикат
полиэтилен
вулканизирующийся полиэтилен
Резиновая
Резиновая повышенной теплостойкости

Примечание: Допустимый нагрев жил кабелей из поливинилхлоридного пластиката и полиэтилена в аварийном режиме должен быть не более 80°С, из вулканизирующегося полиэтилена – 130°С.

Продолжительность работы кабелей в аварийном режиме не должна превышать 8 ч в сутки и 1000 час. за срок службы. Кабельные линии напряжением 6-10 кВ, несущие нагрузки меньше номинальных, могут кратковременно перегружаться при условиях, приведенных в табл. 3.

Таблица 3. Допустимые перегрузки по отношению к номинальному току кабельных линий напряжением 6-10 кВ

Примечание: Для кабельных линий, находящихся в эксплуатации более 15 лет, перегрузки должны быть понижены на 10%. Перегрузка кабельных линий на напряжение 20 ÷35 кВ не допускается.

Любая силовая кабельная линия помимо своего основного элемента - кабеля, содержит соединительные и концевые муфты (заделки), которые оказывают значительное влияние на надежность всей кабельной линии.

В настоящее время при монтаже, как концевых муфт (заделок) так и соединительных муфт широкое применение находят термоусаживаемые изделия из радиационно-модифицированного полиэтилена. Радиационное облучение полиэтилена приводит к получению качественно нового электроизоляционного материала, обладающего уникальными комплексами свойств. Так, его нагревостойкость возрастает с 80 °С до 300°С при кратковременной работе и до 150 °С при длительной. Этот материал отличается высокими физико-механическими свойствами: термостабильностью, хладостойкостью, стойкостью к агрессивным химическим средам, растворителями, бензину, маслам. На ряду со значительной эластичностью он обладает высокими диэлектрическими свойствами, сохраняющимися при весьма низких температурах. Термоусаживаемые муфты и заделки монтируют как на кабелях с пластмассовой, так и кабелях с бумажной пропитанной изоляцией.

Проложенный кабель подвергается воздействию агрессивных компонентов среды, которые обычно являются разбавленными в той или иной степени химическими соединителями. Материалы, из которых изготовлены оболочка и броня кабелей, имеют разную коррозийную стойкость.

Свинец устойчив в растворах, содержащих серную, сернистую, фосфорную, хромовую и фторно-водородную кислоты. В соляной кислоте свинец устойчив при ее концентрации до 10%.

Наличие хлористых и сульфатных солей в воде или почве вызывает резкое торможение коррозии свинца. поэтому свинец устойчив в солончаковых почвах морской воде.

Азотно-кислотные соли (нитраты) вызывают сильную коррозию свинца. Это весьма существенно, так как нитраты образуются в почве в процессе микробиологического распада и вносятся в нее в виде удобрений. Почвы по степени возрастания их агрессивности по отношению к свинцовым оболочкам можно распределить следующим образом:

а) солончаковые; б) известковые; в) песчаные; г) черноземные; д) глинистые; е) торфяные.

Углекислота и фенол значительно усиливает коррозию свинца. Свинец устойчив в щелочах.

Алюминий устойчив в органических кислотах и неустойчив в соляной, фосфорной, муравьиной кислотах. а также в щелочах. Сильно агрессивное действие на алюминий оказывают соли, при гидролизе которых образуются кислоты или щелочи. Из нейтральных солей (рН=7) наибольшей активностью обладают соли, содержащие хлор, так как образующиеся хлориды разрушают защитную пленку алюминия, поэтому наиболее агрессивными для алюминиевых оболочек являются солончаковые почвы. Морская во да, главным образом из-за наличия в ней ионов хлора, также является для алюминия сильно агрессивной средой. В растворах сульфатов, нитратов и хромов алюминий достаточно устойчив. Коррозия алюминия значительно усиливается при контакте с более электроположительным металлом, например свинцом, что, имеет место при установке соединительных муфт, если не принято специальных мер.

При монтаже свинцовой соединительной муфты на кабеле с алюминиевой оболочкой образуется контактная гальваническая пара свинец-алюминий, в которой алюминий является анодом, что может вызвать разрушение алюминиевой оболочки через несколько месяцев после монтажа муфты. При этом повреждение оболочки происходит на расстоянии 10-15 см от шейки муфты, т.е. на том месте, где с оболочки при монтаже снимаются защитные покровы. Для устранения вредного действия подобных гальванических пар муфту и оголенные участки алюминиевой оболочки покрывают кабельным составом марки МБ-70(60), разогретом до 130 °С, и сверху накладывают липкую поливинилхлоридную ленту в два слоя с 50%-ным перекрытием. Поверх липкой ленты накладывают слой просмоленной ленты с последующим покрытием ее битумным покровным лаком марки БТ-577.

Поливинилхлоридный пластикат негорюч, обладает высокой стойкостью против действия большинства кислот, щелочей и органических растворителей. Однако его разрушают концентрированные серная и азотная кислоты, ацетон и некоторые другие органические соединения. Под воздействием повышенной температуры и солнечной радиации поливинилхлоридный пластикат теряет свою пластичность и морозостойкость.

Полиэтилен обладает химической стойкостью к кислотам, щелочам, растворам солей и органическим растворителям. Однако полиэтилен под воздействием ультрафиолетовых лучей становится хрупким и теряет свою прочность.

Резина, применяемая для оболочек кабелей, хорошо противостоит действию масел, гидравлических и тормозных жидкостей, ультрафиолетовых лучей, а также микроорганизмов. Разрушающие действуют на резину растворы кислот и щелочей при повышенных температурах.

Броня, изготавливаемая из низко углеродной стали, обычно разрушается намного раньше, чем начинает коррозировать оболочка. Броня сильно коррозирует в кислотах и весьма устойчива в щелочах. Разрушающее действуют на нее сульфатвосстанавливаю щие бактерии, выделяющие сероводород и сульфиды.

Покровы из кабельной пряжи и битума практически не защищают оболочку от контакта с внешней средой и довольно быстро разрушаются в почвенных условиях.

Электрохимическая защита кабелей от коррозии осуществляется путем катодной поляризации их металлических оболочек, а в некоторых случаях и брони, т.е. накладыванием на последние отрицательного потенциала. В зависимости от способа электрической защиты катодная поляризация достигается присоединением к оболочкам кабелей катодной станции, дренажной и протекторной защиты. При выборе способа защиты учитывается основной фактор, вызывающий коррозию в данных конкретных условиях.

Марка силового кабеля характеризует основные конструктивные элементы и область применения кабельной продукции.

Буквенные обозначения конструктивных элементов кабеля приведены в табл. 4.

Таблица 4. Буквенные обозначения конструктивных элементов кабеля

Конструктивный элемент кабеля	Материал	Буквенное обозначение
	Медь Алюминий	Нет буквы А
Изоляция жил		Нет буквы П В Р
Поясная изоляция	Бумажная Полиэтиленовая Поливинилхлоридная Резиновая	Нет буквы П В Р
Оболочка	Свинцовая Алюминиевая гладкая Алюминиевая гофрированная Поливинилхлоридная Полиэтиленовая негорючая резина	С А А г В П Н
	Бумага и битум Без подушки Полиэтиленовая (шланг) Поливинилхлоридная: один слой пластмассовой ленты типа ПХВ два слоя пластмассовой ленты типа ПХВ	Нет буквы б в
	Стальная лента Проволока плоского сечения Проволока круглого сечения
Наружный кабельный покров	Кабельная пряжа Без наружного кабельного покрова Стеклянная пряжа из штапелированного волокна (негорючий кабельный покров) Полиэтиленовый шланг Поливинилхлоридный шланг	Нет буквы,

Примечание: 1. Буквы в обозначении кабеля располагаются в соответствии с конструкцией кабеля, т.е. начиная от материала жилы и заканчивая наружным кабельным покровом.

2. Если в конце буквенной части марки кабеля стоит буква "П", написанная через черточку, то это означает, что кабель имеет по сечению плоскую форму, а не круглую.

3. Обозначение контрольного кабеля отличается от обозначения силового кабеля только тем, что после материала жилы кабеля ставится буква "К".

После букв стоят числа, указывающие число основных изолированных жил и их сечение (через знак умножения), а также номинальное напряжение (через тире). Число и сечение жил у кабелей с нулевой жилой или заземляющей жилой обозначается суммой чисел.

Наиболее широкое применение находят кабели следующих стандартных сечений жил: 1,2; 1,5; 2,0;2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240 мм.

Правильно рассчитанная и надлежащим образом выполненная электрическая сеть не гарантируют исключение возможности возникновения аварийных ситуаций, приводящих к недопустимому перегреву электрических при возникновении короткого замыкания.

Например, подобная ситуация, как отмечалось в работе возникает при подключении нагрузки в розеточную сеть через удлинитель. Начиная с некоторой длины добавленного к групповой линии провода удлинителя сопротивление цепи фаза - ноль увеличивается до значения, при котором ток короткого замыкания будет меньше порога срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя. Поэтому при электроустановок желательно учитывать возможность нештатных условий эксплуатации электропроводки.

В соответствии с «Предельные температуры электрических кабелей на номинальное напряжение 1кВ в условиях короткого замыкания» температура жил кабеля (до 300 мм 2 включительно) с изоляцией из ПВХ пластиката при коротком замыкании не должна превышать 160 градусов. Достижение этой температуры допускается при длительности короткого замыкания до 5 секунд. При такой продолжительности короткого замыкания изоляция кабеля не успевает нагреться до такой же температуры. При более длительных коротких замыканиях предельная температура нагрева жил должна быть уменьшена.

Рассмотрим возникновение подобной ситуации на примере использования автоматического выключателя группы «С». Время - токовая характеристика выключателя приведена на Рис. 1. В приведенных характеристиках выделены зона «a» - тепловой расцепитель и зона «b» - электромагнитный расцепитель. На графике показаны две кривые 1 и 2 зависимости времени срабатывания выключателя от тока, которые показывают пределы технологического разброса параметров выключателя при его изготовлении. Для автоматических выключателей группы «С» в пределах технологического разброса кратность тока срабатывания электромагнитного расцепителя к номинальному току срабатывания теплового расцепителя находится в пределах от 5 до 10. Нас интересует только кривая 2 для переменного тока (АС), показывающая максимальное время срабатывания выключателя. Как видно из графика на Рис. 1, при незначительном уменьшении тока короткого замыкания ниже порога срабатывания электромагнитного расцепителя время срабатывания автоматического выключателя определяется тепловым расцепителем и достигает величины порядка 6 секунд .

Рис. 1 Время - токовая характеристика автоматов группы С.

Попробуем выяснить, что происходит с кабелями за промежуток времени, в течение которого сработает тепловой расцепитель. Для этого необходимо вычислить зависимости температуры жил кабелей от времени прохождения по ним токов, близких к порогу срабатывания электромагнитного расцепителя.

В Таблице 1 даны расчетные значения температур жил кабелей в зависимости от продолжительности короткого замыкания (при разных токах) для кабеля с медными жилами сечением 1,5 кв. мм. Кабель данного сечения повсеместно используется в осветительных жилых и общественных зданий.

Для вычисления температур жил кабелей использована методика расчета из «Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева».

Температура жил кабеля определяется по формуле:

Θ f = (Θ i +β)∙exp(I AD 2 ∙t/K 2 ∙S 2) - β (1)

где, Θ f - конечная температура жил кабеля о С;

Θ i - начальная температура жил кабеля о С;

β - величина, обратная температурному коэффициенту сопротивления при 0 °C, К, для меди β=234,5;

K - постоянная, зависящая от материала токопроводящего элемента, А · с 1/2 /мм 2 ,для меди K=226;

t - длительность короткого замыкания, с;

S - площадь поперечного сечения токопроводящей жилы, мм 2 ;

I SC - известный максимальный ток короткого замыкания (среднеквадратичное значение), А;

I AD =I SC /ε - ток короткого замыкания, определенный на основе адиабатического нагрева (среднеквадратичное значение), А;

ε - коэффициент, учитывающий отвод тепла в соседние элементы;

X, Y - постоянные, используемые в упрощенной формуле для жил и проволочных экранов, (мм 2 /с) 1/2 ; мм 2 /с, для кабелей с медными жилами и изоляцией из ПВХ пластиката X=0,29 и Y=0,06;

Вычисления произведены для температуры кабеля до короткого замыкания 55 градусов. Такая температура соответствует рабочему току, проходящему по кабелю до возникновения короткого замыкания порядка 0,5 - 0,7 от предельно допустимого длительного тока при температуре окружающей среды 30 - 35 градусов. В зависимости от предполагаемых условий эксплуатации электроустановки температура жил кабелей до короткого замыкания при проектировании электрической сети может быть изменена.

Таблица 1

Тнач, град

Сеч. жил, мм.кв

Ток к.з., A

Из Таблицы 1 видно, что максимальный ток короткого замыкания (при несрабатывании электромагнитного расцепителя), который не вызывает нагрев жил выше 160 градусов за время 6 секунд равен примерно 100 А. То есть кабель с сечением 1,5 мм 2 можно защищать автоматическим выключателем группы «С» с номинальным током не более 10А.

При изготовлении кабелей сечение жил часто занижают. Занижение сечения на 10% обычное явление. На рынках не сложно найти кабели и с большим занижением сечения.

В Таблице 2 даны расчетные значения температур жил кабелей при занижении сечения на 10%. Как видно из таблицы, такой кабель автоматический выключатель С10 защищает не со 100 процентной надежностью.

Для наиболее ответственных объектов, в особенности имеющих строительные конструкции из сгораемых материалов, целесообразно выбор автоматического выключателя при проектировании электроустановки осуществлять по Таблице 3, в которой сечения жил даны с 20% занижением. Защиту таких кабелей обеспечит автоматический выключатель С6, либо В10, у которого кратность тока срабатывания электромагнитного расцепителя к номинальному току срабатывания теплового расцепителя находится в пределах от 3 до 5. Это позволит существенно увеличить надежность электропроводки.

Таблица 2

Тнач, град

Сеч. жил, мм.кв

Ток к.з., A

Температура медных жил кабеля с изоляцией из ПВХ пластиката град., при коротком замыкании длительностью, сек:

Таблица 3

Тнач, град

Сеч. жил, мм.кв

Ток к.з., A

Страница 20 из 23

Измерение температуры оболочек кабеля необходимо производить в местах, в которых кабель работает в наиболее тяжелом режиме (места пересечения кабеля с тепло- и паропроводами, в пучках действующих кабельных линий, на участках трассы с сухим или имеющим большое тепловое сопротивление грунтом), в период максимальной нагрузки кабеля.
Для определения температурного перепада Д£каб за t0б следует принимать максимальное значение температуры, а за величину тока I - максимальную нагрузку линии.
Измерение температур нагрева оболочек кабелей или окружающей среды может производиться с помощью термопар, термосопротивлений или термометров.
При контроле нагрева кабелей следует иметь в виду следующие диапазоны температур, с которыми наиболее часто приходится встречаться: температура оболочек кабеля до +60"С; температура грунта от -5 до + 25° С; температура воздуха от -40 до +45иС.
Из приведенных данных следует, что диапазоны температур составляют лишь несколько десятков градусов, причем нередко разность температур оболочек кабеля и окружающей среды составляет более 10-20" С. Это требует применения весьма чувствительных термоиндикаторов.

а) Метод термопары

При контроле нагрева кабеля термопарами необходимо, чтобы в рабочем диапазоне температур они создавали э. д. с. порядка 0,5-1 мв, что позволит применить имеющиеся в лабораториях милливольтметры и гальванометры.
Наиболее чувствительными являются термопары, изготовляемые из сплавов хромель - копель, развивающие термо-э. д. с. в 6,9 мв на 100° С.
Могут применяться также медьконстантановые термопары (4 мв на 100°С).
Термопары должны иметь два спая, один из которых размещается на кабеле, а другой - в точке, в которой температура все время фиксируется чувствительным и точным термометром (температура «холодного» спая).
Для создания хорошего контакта термопары с оболочкой кабеля целесообразно рабочий спай зачеканить в свинцовый лепесток (диск диаметром 3-4 см, толщиной 2-3 мм) и применять, как их называют на практике, «лепестковые» термопары. Такой лепесток надежно закрепляется на кабеле тафтяной или киперной лентой.
При отсутствии лепестковых термопар под рабочий спай следует вначале подложить мягкий станиоль и лишь после этого плотно прижать термопару к оболочке кабеля путем обмотки плотной тканевой лентой.
При контроле нагрева кабеля в одном месте следует закладывать не менее двух термопар для взаимного контроля показаний и резерва на случай поломки рабочего спая.
Обычно на практике приходится контролировать на каком-либо участке температуру нескольких по соседству расположенных кабелей, на которых закладывается группа термопар (до 10-20 шт.).
Все холодные спаи этих термопар обычно выводятся в одно место, в котором их температура фиксируется термометром. При этом к полученному отсчету температуры по шкале прибора необходимо прибавить температуру окружающей среды (в месте нахождения концов «холодного» спая), если она положительна, и отнять, если она отрицательна.

Хорошо размещать «холодные» спаи в сосуде с тающим льдом или снегом. Это дает устойчивую температуру «холодных» спаев 0°С до тех пор, пока не растает весь лед или снег, а показания милливольтметра (градуированного обычно в градусах) сразу дают температуру оболочек кабелей в градусах Цельсия без поправки на температуру окружающей среды, поскольку она равна нулю.
Концы термопар присоединяются к контактору с переключателем, к которому во время измерений присоединяются переносной милливольтметр (гальванометр).
Для измерений могут применяться также потенциометры с чувствительностью не менее 0,05 мв на деление.

б) Метод термосопротивлений

Более чувствительным методом является контроль нагрева кабелей с помощью термосопротивлений.
Термосопротивления изготовляются из тонкой изолированной проволоки диаметром 0,05-0,07 мм имеющей большой температурный коэффициент (изменение сопротивления при нагреве)
Величина термосопротивления должна быть не менее 5-10 Ом (обычно 20-30 Ом).
Несколько метров тонкой проволоки укрепляют на куске плотного листового электрокартона так, чтобы жилы проволоки были расположены на одной стороне листа (рис. 45). Выводные концы сопротивлений для большей механической прочности выполняют из более толстой изолированной проволоки.
Для того чтобы нити проволоки не расползались и не перепутывались, необходимо закрепить их на пластинке бакелитовым лаком.

Рис. 45. Намотка термосопротиилений для измерений температур на оболочках кабелей.
1 - концы для присоединения термоэлемента к мостику; 2 - переход на провод большого сечения.
Для предохранения нитей проволоки от обрыва на них следует наложить сверху кусок тонкой кабельной бумаги, также смазав ее бакелитовым лаком.
После изготовления термосопротивления листу, на котором оно закреплено, следует придать цилиндрическую форму, намотав его на стержень диаметром 40- 50 мм.
Величина омического сопротивления термоэлементов после одночасовой выдержки при неизменной температуре точно измеряется на мостике.
Так, например, если термосопротивление изготовлено из медной проволоки диаметром 0,05 мм и имеет при комнатной температуре (+20° С) сопротивление, равное 20 Ом, то при изменении температуры кабеля на 1°С изменение сопротивления составит около 0,1 Ом, что с достаточной для практики точностью может быть установлено обычными измерительными мостиками.
Иногда, исходя из местных условий, термосопротивление должно иметь очень малые размеры, например для закладки на свинцовую оболочку кабелей в просветах нижней брони ленты (верхняя бронелента разрезается). В этих случаях следует применять очень тонкую проволоку с высоким удельным сопротивлением.
В последнее время для измерения температур кабелей нашли применение полупроводниковые термосопротивления.

в) Метод термометра

В том случае, когда кабели расположены в туннеле, канале или помещениях, их температуру можно контролировать непосредственно термометрами. Шкала термометров должна быть не более 50-100° С.
Термометр в целях удобства подсоединения к кабелю должен иметь конец с ртутной головкой, изогнутой под прямым углом. Под ртутную головку термометра подкладывается мягкий станиоль, после чего термометр плотно прижимается к кабелю путем намотки и затяжки тканевой лентой.
Если желательна непрерывная или периодическая автоматическая регистрация температур нагрева кабелей, то термопары или термосопротивления должны быть подсоединены к специально установленным для этой цели электронным потенциометрам типа ЭПД-07, ЭПД-12, ЭПП 09.
При закладке термопар, термосопротивленнй пли термометров важно сохранить без изменений условия охлаждения кабелей.
В туннелях или каналах это касается вентиляции кабелей. Не допускается установка каких-либо перегородок, заполнение чем бы то ни было пространств между отдельными полками и т. д.
При траншейных прокладках кабелей, после того как заложены термопары или термосопротивления, яму засыпают и утрамбовывают тем же грунтом.
Измерение температур можно начинать не ранее чем через сутки после закрытия ямы и восстановления покровов над кабелями. Это диктуется необходимостью прогрева грунта и создания нормального теплового поля вокруг кабеля.
Концы от термопар или сопротивлений выводятся на стену какого-либо находящегося рядом помещения или размещаются и укрепляются в специально оборудованном для этой цели контрольном колодце.
В зависимости от результатов контроля увеличивается или уменьшается нагрузка кабельной линии или принимаются меры по улучшению охлаждения кабелей.

Когда на кабельные линии подается напряжение, для них устанавливаются заданные нагрузки по току. Требование правил технической эксплуатации связано с нагревом изоляции при продолжительных нагрузках. Если длительно допустимый ток кабеля превышает предельное значение, произойдет его перегрев и разрушение изоляционного слоя с последующим повреждением. Поэтому нагрузки подбирают так, чтобы исключить опасность термического разрушения изолирующего слоя.

Причина нагрева кабеля

Количество выделяющегося при эксплуатации кабеля тепла находится по формуле:

Q = I 2 Rn Вт/см, где I - нагрузочный ток, А; n - количество жил; R - сопротивление, Ом.

Из приведенного выражения следует, чем выше потребляемый ток на электроустановке, к которой подведен кабель, тем больше последний разогревается. Причем мощность, выделяемая в жилах в виде тепла, находится в квадратичной зависимости от нагрузки.

Рассеивание тепла от работающего кабеля

Разогрев кабеля не будет постоянно расти в связи с тем, что тепло должно куда-то уходить. Причем его количество зависит от разности между температурой кабеля и окружающей среды. В конце концов наступит равновесие, и температура проводников станет постоянной.

Как рассчитать допустимую силу тока по температуре нагрева жил

Когда тепловыделение от нагрузки становится равным количеству рассеиваемого кабелем тепла, режим работы становится стабильным:

P = θ/∑S = (t ж - t ср)/(∑S), где θ - разница между температурой жилы и среды, 0 С; t ж - t ср - температурный перепад, 0 С; ∑S - термосопротивление кабеля.

Тепло будет уходить из кабеля тем больше, чем лучше проводимость среды. Длительно допустимый ток кабеля рассчитывается так: I доп = √((t доп - t ср)/(Rn∑S)), где t доп является допустимой температурой нагрева жил (зависит от типа кабеля).

Условия теплоотдачи

Лучше всего теплоотдача происходит, когда кабель находится в воде. Если он проложен в грунте, отвод тепла зависит от состава последнего и содержания в нем влаги. В расчетах обычно принимают грунта r = 120 Ом∙град/Вт, что соответствует песчано-глинистой почве с влажностью 12-14 %. Для получения точных показаний важно знать состав почвы, поскольку сопротивление изменяется в широких пределах и находится по таблицам. Его можно уменьшить изменением состава засыпки траншеи с кабелем и путем тщательной трамбовки. Пористые песок и гравий имеют теплопроводность ниже, чем глины. Поэтому засыпку кабеля производят глиной или суглинком, не содержащими шлак, строительный мусор и камни.

Кабель, проведенный по воздуху, имеет плохую теплоотдачу. Еще хуже она становится при прокладке в кабель-каналах, где появляются дополнительные воздушные прослойки, взаимный подогрев рядом расположенных кабелей и сопротивление стенок. Для таких случаев выбирают нагрузки по току как можно меньше.

Для обеспечения благоприятных температурных условий работы кабельной линии следует найти допустимые нагрузки по току для двух режимов: аварийного и длительного. В характеристиках кабелей также приводится величина допустимой температуры при коротком замыкании, которая для бумажной изоляции составляет 200 0 С, а для ПВХ - 120 0 С.

Длительно допустимый ток кабеля находится в обратно пропорциональной зависимости от его температурного сопротивления и теплоемкости внешней среды.

Необходимо принимать во внимание, что с течением времени проводимость изоляции кабеля увеличивается по причине высыхания. Сопротивление грунта составляет 70 % от суммарной величины и является определяющей в расчетах суммарной нагрузки.

Таблицы для определения допустимого тока

Есл рассчитывать вручную, то довольно сложно определить длительно допустимый ток кабеля. ПУЭ содержат специальные таблицы, где приводятся его значения для разных условий эксплуатации. Ниже приведены расчетные данные предельно допускаемых нагрузок для разных сечений медного проводника при его температуре 90 0 С и окружающего воздуха 45 0 С.

С помощью кабелей, характеристики которых приведены в таблице, передают и распределяют электроэнергию в сетях постоянного и переменного напряжения и в стационарных установках. Они не выдерживают больших растягивающих усилий и прокладываются в грунте, на открытом воздухе, в кабель-каналах. Длительно допустимая температура жилы равна 70 0 С, а при - не более 160 0 С за 4 сек. В аварийном режиме допустимый нагрев жил не превышает 80 0 С.

Характеристики проводников варьируются в широких пределах, в зависимости от маркировки, количества жил и других параметров. Длительно допустимый ток кабеля ВВГ зависит от сечения, которое определяется количеством и типом жил. Например, максимальная площадь сечения составляет 240 мм 2 , а в пятижильном - 50 мм 2 .

Длительно допустимый ток также определяется сечением, которое будет несколько больше, чем у поскольку он выполнен из алюминия. Допустимая температура эксплуатации и аварийного режима работы у обоих типов одинакова.

Кабель АВБбШв имеет особенность - он может применяться во взрывоопасных и пожапроопасных помещениях за счет наличия двойной брони из стальной ленты. Он широко распространен в строительстве. Длительно допустимый ток кабеля АВБбШв, так же, как у предыдущих изделий, зависит от температуры, которая не должна превышать 75 0 С, что несколько выше. Он определяется по таблицам и зависит от сечения жил и способа прокладки.

Заключение

Чтобы проводники припостоянной нагрузке не перегревались, необходимо подобрать длительно допустимый ток кабеля по таблицам и рассчитать отвод тепла в окружающую среду. Неправильный выбор кабеля приведет к его перегреву и разрушению изолирующего слоя, что повлечет за собой преждевременный выход изделия из строя.

Для выбора греющего кабеля нужно понимать, на какие технические характеристики нужно обращать внимание, а так же понимать, какие есть потребности по обогреву. В этой статье будут рассмотрены основные характеристики греющих кабелей для нужд обогрева водопровода.

Мощность греющего кабеля

Первая характеристика, на которую надо обратить внимание, - это мощность греющего кабеля. Она измеряется в ваттах на погонный метр и в зависимости от моделей может быть от 5 до 150 Вт/м. Чем больше мощность, тем больше потребление электричества и больше отдача тепла.

Для обогрева водопровода применяются кабели небольшой мощности - от 5 до 25 Вт/м, в зависимости от того, как смонтирован греющий кабель и где проходит водопровод, можно ориентироваться на такие мощности:

водопровод проложен в земле, кабель внутри трубы - достаточно 5 Вт/м
водопровод проложен в земле, кабель снаружи трубы - мощность от 10 Вт/м
водопровод проложен по воздуху - от 20 Вт/м

Труба и греющий кабель во всех случаях должны быть утеплены слоем утеплителя не менее 3-5 мм.

В случае с резистивный греющим кабелем мощность остается постоянной на всем его протяжении и вне зависимости от температуры трубы, а вот саморегулирующийся кабель уменьшает потребляемую мощность и свою температуру, если труба уже прогрета. За счет этого экономится значительная часть электроэнергии, и чем больше рабочая мощность саморегулирующегося кабеля, тем больше ощущается экономия.

Зависимость мощности обогрева от температуры показана на графике.

На графике приведены зависимости мощностей от температуры для пяти различных саморегулирующихся кабелей с разной номинальной мощностью от 15 Вт/м до 45 Вт/м. Наибольшая эффективность от применения таких кабелей получается при использовании в условиях протяженного водопровода, который проходит в очень разных температурных условиях. Чем больше перепад температур, тем больше экономия.

Однако при обогреве небольшого участка водопровода, это не так ощутимо. Если вода подаётся из скважины, то её температура вне зависимости от времени года колеблется от 2 до 6 градусов, а задача греющего кабеля в том, чтобы просто не допустить её замерзания, то есть поддерживать на уровне около +5 градусов Цельсия. Это значит, что греющий кабель будет работать в диапазоне температур от 0 до 5 градусов, разница в мощности при этом составляет всего несколько Ватт (от 2 Вт для маломощного кабеля, до 5 Вт для 45-ваттного кабеля).

Температура греющего кабеля

Вторая важная характеристика - это рабочая температура. По этому показателю все греющие кабели делятся на три категории:

Низкотемпературные с рабочей температурой до 65 градусов
Среднетемпературные - 120 градусов
Высокотемпературные - до 240 градусов

Для обогрева водопровода используются только низкотемпературные кабели, более того они никогда не работают при температурах даже близко подходящих к их максимальным 65 градусам.

Область применения

По области применения кабели делятся на два типа:

Пищевой - только его можно применять для монтажа внутри трубы при обогреве водопровода, который используется для бытовых нужд, подачи питьевой воды.
Технический - применяется для монтажа снаружи трубы в любых случаях, может монтироваться внутри трубы только тогда, когда вода не употребляется в пищу (например, в системах полива, мойки или отопления).

Читайте так же:

Греющие кабели используются для подогрева водопровода, кровли, карнизов и других элементов, где нежелательно замерзание воды зимой. Самым простым вариантом являются резистивные греющие кабели, они бывают одножильные и двухжильные.
Саморегулирующиеся греющие кабели используются для обогрева водопровода в тех местах, где он прокладывается выше уровня промерзания грунта - например в местах ввода трубопровода в дом. Саморегулирующийся кабель обладает способностью самостоятельно изменять интенсивность подогрева на разных участках в зависимости от потребности: чем ниже температура обогреваемого объекта, тем сильнее разогревается кабель.
Монтаж саморегулирующегося греющего кабеля можно выполнять разными способами: внутри трубы и снаружи, располагать его вдоль трубы или по спирали.
Терморегулятор - это устройство коммутации электрической цепи, которое используется для включения и выключения нагревательных приборов, таких как радиаторы отопления, греющие кабели в системе тёплого пола или в антиобледенительных системах. Принципиально схема подключения одинакова для всех терморегуляторов.