Нагрев кабелей при коротком замыкании (часть 1)

§ 28. Нагрев проводников электрическим током

Все проводники при прохождении по ним электрического тока нагреваются и отдают тепло окружающей среде (воздуху, жидкости, твердому телу). Температура проводника будет повышаться до тех пор, пока количество тепла, получаемое проводником, не станет равным количеству тепла, отдаваемому проводником окружающей среде. При этом температура достигнет установившегося значения.

Температура нагрева проводника зависит от величины тока в проводнике, сечения и материала проводника и условий охлаждения. Температура нагрева проводника не зависит от его длины, так как чем больше длина, тем больше поверхность охлаждения.

Если выбрать проводник из какого-либо материала и поместить его в определенные условия охлаждения, то нагрев такого проводника током будет тем больше, чем больше плотность тока в самом проводнике.

В целях экономии проводникового материала желательно, чтобы проводник был нагружен наибольшим током. Но для каждого проводника существует температура, выше которой проводник нельзя нагревать по целому ряду причин, в первую очередь по условиям теплостойкости изоляции. Так, например, проводники, имеющие в качестве изоляции резину, в целях предохранения изоляции от порчи не должны нагреваться выше 55°, а проводники с бумажной изоляцией — свыше 80°.

Приведем табл. 8 для выбора сечения проводов по длительно допустимой нагрузке на открыто проложенные изолированные шнуры, провода и кабели* с медными токопроводящими жилами с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией при температуре окружающей среды +25°С и допустимой температуре нагрева +55°С.

* ()

Таблица 8

Выбор сечений проводов, кабелей и шин производят по наибольшему длительно допустимому току нагрузки (по условиям нагрева) и проверяют по потере напряжения.

Выбор сечения по току производят по таблицам, приведенным в «Правилах устройств электротехнических установок» (ПУЭ), которыми надлежит руководствоваться при проектировании, монтаже и эксплуатации электрооборудования.

Для того чтобы в условиях эксплуатации обеспечить определенную величину напряжения у потребителей, надо ограничить допустимую величину потери напряжения в проводах и кабелях, по которым энергия передается потребителям.

Уменьшение напряжения у потребителя ниже номинального приводит к уменьшению освещенности на рабочих местах, а также к уменьшению вращающего момента двигателей. Допустимая потеря напряжения для осветительных сетей внутренней проводки составляет не более 2,5%, в силовых сетях от питательного пункта до приемника — 5-10%.

Пример 3. Двигатель постоянного тока, работая в продолжительном режиме работы, потребляет ток 65 а при напряжении 220 в. Двигатель расположен на расстоянии 20 м от питательного пункта.

Выбрать сечение медных проводов с резиновой изоляцией, проложенных открыто.

По таблице допустимых нагрузок (см. табл. 8) находим, что по току 65 а можно выбрать провод сечением 10 мм2.

READ  Чертежи печатных плат

Проверяем выбранное сечение провода по потере напряжения.

Потеря напряжения в линии (2 провода) будет:

Это составляет 4,55/220 100 = 2,06%, что вполне допустимо.

Однако не всегда нагрев проводника является нежелательным. Тепловые действия электрического тока имеют разнообразное практическое применение, и тепло, выделяемое током, проходящим по проводнику, часто стараются получить в большом количестве. Ниже описаны некоторые случаи практического применения тепловых действий тока.

Кабели с радиальным электрическим полем на напряжения 20 и 35кВ.

С увеличением рабочего напряжения возрастают напряженности электрического поля в изоляции кабеля, и при напряжениях больше 20 кВ значения тангенциальной составляющей напряженности поля в кабелях с поясной изоляцией близки к значениям, при которых возможен пробой изоляции. В связи с этим кабели на напряжения 20 и 35 кВ изготовляют либо в одножильном исполнении с круглыми алюминиевыми или медными жилами в свинцовой и алюминиевой оболочке, либо в трехжильном исполнении, при этом кабель скручивается из трёх круглых изолированных жил, каждая из которых имеет свинцовую оболочку. В изоляции этих кабелей электрическое поле радиальное, при этом продольная составляющая напряженности поля практически отсутствует, что позволяет изготовлять кабели с бумажной изоляцией, пропитанной вязким маслоканифольным составом, на напряжения 20 и 35 кВ.
Выпускаемые в России трехжильные кабели с радиальным электрическим полем (так называемые кабели с отдельно освинцованными жилами) имеют марки ОСБ, АОСБ. Эти кабели были разработаны докторами техн.наук, проф. С.М.Брагиным и С.А.Яковлевым.
За рубежом имеют большое распространение, так называемые Н-кабели, которые получили название в честь своего изобретателя немецкого инженера М.Хохштедтера.
В Н-кабеле три изолированные и экранированные жилы скручиваются вместе и помещаются в общую свинцовую или гофрированную алюминиевую оболочку. Радиальное поле в изоляции обеспечивается наличием экранов из медных лент на поверхности каждой изолированной жилы. В последнее время нашли распространение Н-кабели с секторными жилами. Н-кабели имеют несколько меньшие габаритные размеры, при этом уменьшается расход материалов на их изготовление. Однако кабели типа ОСБ более гибкие, содержат меньшее количество пропиточного состава и имеют лучшие условия для теп- лоотвода.
Кабели с отдельно освинцованными жилами выпускают только с круглыми медными или алюминиевыми жилами сечением 25… 185 мм 2 на напряжение 20 кВ и сечением 120… 150 мм 2 на напряжение 35 кВ. Для кабелей типа ОСБ применяют в основном многопроволочные жилы, причем лучшие характеристики имеют кабели с уплотненными жилами. При уплотнении жил уменьшается их диаметр и сглаживается поверхность жилы. Для выравнивания электрического поля на поверхности жилы размещают экраны из полупроводящей бумаги. Поверх изоляции также накладывают экран из полупроводящей бумаги, либо из металлизированной полупроводящей бумаги, либо из полупроводящей бумаги, поверх которой размещают алюминиевую или медную фольгу. Толщина изоляции кабеля на напряжение 20 кВ для сечений жил 25…95 мм 2 составляет 7 мм, для сечений 120…150 мм 2 — 6 мм, кабели на напряжение 35 кВ — для всех сечений 9 мм.
Толщина свинцовой оболочки в зависимости от сечения жилы находится в пределах 1,4…2,8 мм. Алюминиевые оболочки для подобных кабелей из-за своей жесткости пока применения не нашли. Отдельно освинцованные жилы скручивают с заполнением промежутков между ними пропитанной кабельной пряжей или стеклопряжей. В сечении кабель с заполнением может иметь как круглую форму, так и форму треугольника со скругленными вершинами. Снаружи скрученные жилы с заполнением обматывают тканевой лентой или кабельной пряжей, а затем на них накладывают защитные покровы. Пример условного обозначения: кабель ОСБУ 3×50-20 ГОСТ 18410-73 — кабель марки ОСБ с жилами сечением 50 ммг на напряжение 20 кВ.

READ  §2.5. пуск, реверсирование и торможение асинхронных двигателей

Ссылки по теме

  • Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
    / Нормативный документ от 9 февраля 2007 г. в 02:14
  • Библия электрика
    / Нормативный документ от 14 января 2014 г. в 12:32
  • Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Том 10 
    / Нормативный документ от 2 марта 2009 г. в 18:12
  • Кабышев А.В., Тарасов Е.В. Низковольтные автоматические выключатели
    / Нормативный документ от 1 октября 2019 г. в 09:22
  • Правила устройства воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с самонесущими изолированными проводами
    / Нормативный документ от 30 апреля 2008 г. в 15:00
  • Князевский Б.А. Трунковский Л.Е. Монтаж и эксплуатация промышленных электроустановок
    / Нормативный документ от 17 октября 2019 г. в 12:36
  • Маньков В.Д. Заграничный С.Ф. Защитное заземление и зануление электроустановок
    / Нормативный документ от 27 марта 2020 г. в 09:05

Электромонтер-кабельщикУчебное пособие

§ 49. Контроль за нагревом кабелей

Предельно допустимая температура нагрева кабеля имеет большое значение, так как от нее зависят нагрузочная способность, срок службы и надежность работы кабеля.

Каждый вид изоляции кабеля рассчитан на определенную длительно допустимую температуру, при которой старение изоляции проходит медленно. Превышение температуры нагрева кабеля выше допустимой ускоряет процесс старения изоляции и сокращает срок службы кабеля.

При нагревании кабеля наиболее быстрому старению подвергается бумажная изоляция, механическая прочность и эластичность которой при этом понижаются. Длительно допустимые температуры для силовых кабелей стационарной прокладки приведены в табл. 17.

Таблица 17.
Длительно допустимая температура нагрева жил кабелей

При включении кабеля под нагрузку вначале нагреваются его жилы, а затем изоляция и оболочка. Опытными измерениями установлено, что перепад температуры между жилой и оболочкой кабеля напряжением 6 кВ примерно 15 °С, а для кабелей 10 кВ — 20 °С. Поэтому в практических условиях обычно ограничиваются измерением температуры оболочки, учитывая, что температура жилы кабеля выше на 15—20 °С.

Температуру нагрева жил можно определить и расчетным путем по формуле

где tо6 — температура на оболочке кабеля, °С; I — длительная максимальная нагрузка кабеля, А; п — число жил кабеля; ρ — удельное сопротивление меди или алюминия при температуре, близкой к температуре жилы, Ом•мм2/м; SK — сумма тепловых сопротивлений изоляции и защитных покровов кабеля, Ом (определяется по справочнику); q — сечение жилы кабеля, мм2.

READ  Сто 56947007-29.180.010.008-2008 методические указания по определению содержания ионола в трансформаторных маслах методом газовой хроматографии

Контроль за нагревом кабелей в процессе эксплуатации осуществляется измерением температуры свинцовой или алюминиевой оболочки, или брони в тех местах кабельной трассы, где предположительно кабельная линия может иметь перегрев против допустимых температур. Такими местами могут быть прокладки вблизи теплопроводов, в среде с большим тепловым сопротивлением (шлак, трубы и т. п.), где создаются неблагоприятные условия для охлаждения кабельной линии.

Измерение температуры на поверхности кабелей, проложенных в земле, рекомендуется производить термопарами. Для установки термопар на трассе кабеля отрывают котлован размером 900х900 мм с углублением 150—200 мм в одной из стенок котлована по оси кабеля. После удаления наружного покрова, очистки брони от коррозии создают надежный контакт (легкоплавким припоем или фольгой) с проводом термопары.

Рис. 113. Измерение температуры на поверхности работающего кабеля:
1 — кабель, 2 — здание, 3 — щитки термопар, 4 — металлическая труба, 5 — теплопровод

Измерительные провода выводят через газовую трубу и подключают к специальным ящикам, после чего котлован засыпают землей. Схема измерения температуры на поверхности кабеля приведена на рис. 113. Измерение температуры на поверхности контролируемых кабелей с одновременным измерением токовых нагрузок производят в течение суток через 2—3 ч. Если в результате измерений окажется, что температура жилы кабеля на отдельных участках превышает допустимую, необходимо или снизить токовую нагрузку на кабель, или принять меры к улучшению условий его охлаждения. В некоторых случаях целесообразно заменить перегревающийся участок линии кабелем большого сечения. Измерение температуры кабелей, проложенных открыто в кабельных сооружениях, можно производить обычным лабораторным термометром, укрепляя его на оболочках кабеля. Необходимо вести тщательный контроль за температурой окружающего воздуха и работой вентиляции в кабельных сооружениях. Контроль за нагревом кабелей производят по мере необходимости.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: