Нагрівання провідників електричним струмом

Як відомо, проходження електричного струму по провіднику викликає виділення теплової енергії, що, відповідно до закону Ленца-Джоуля, пропорційна квадрату струму й опору провідника і часу проходження струму:

Провідник при цьому нагрівається до певної температури, що і є основним показником допустимості навантаження провідника струмом заданої величини. Якщо при нагріванні струмом навантаження температура проводу не перевищує граничнодопустимої величини, то відповідне навантаження для такого проводу є прийнятним.

Варто враховувати, що на температуру нагрівання провідника впливають багато факторів, головними з яких є: тривалість і циклічність дії струму; температура навколишнього середовища; умови прокладання проводів, матеріал проводів, марка і характеристика ізоляції.

При нагріванні провідника струмом навантаження його температура не відразу досягає своєї максимальної величини. Якщо температура навколишнього середовища дорівнює _о, а температура провідника, то внаслідок різниці температур–_о енергія електричного струму віддається в навколишнє середовище у вигляді теплової енергії. Як відомо з фізики, закон зміни температури провідника при проходженні струму може бути представлений показниковою функцією (рис. 4.5, крива 1):

(4.13)

де – температура провідника через t секунд після початку включення струму; _макс – гранична максимальна стала температура провідника; е – основа натуральних логарифмів; Т – постійна часу нагрівання.

Як видно, температура провідника асимптотично прагне до граничної температури _макс. Після проходження часу t = (3–4)Т температура досягає значення

= (0,95–0,98)_макс.

Практично в цей момент настає рівновага між теплом, що виділяє струм у провіднику, і теплом, що віддається в навколишнє середовище. Температура провідника більше не підвищується і зберігає постійне значення, що залежить від струму навантаження.

Таким чином, певному струму, що довгостроково проходить по провіднику при заданих умовах охолодження, відповідає певне перевищення температури проводу над температурою навколишнього середовища.

Для забезпечення нормальних умов роботи лінії при навантаженні, зокрема для забезпечення надійної роботи сполучних контактів і ізоляції проводів, нагрівання проводів не повинне перевищувати граничнодопустимих значень температури, встановлюваних для проводів і кабелів даної конструкції.

Максимальне значення струму, що відповідає граничній температурі, називається граничним допустимим струмом за нагріванням.

Можна показати, що у випадку, коли лінія навантажується струмом з перервами, граничнодопустимий струм може бути підвищений. Закон зниження температури провідника після припинення струму навантаження представляється залежністю

(4.14)

яка ілюструється кривою 2 (див. рис. 4.5).

При переривчастій роботі лінії з інтервалами t_о ,t₁ ,t₂ ,t₃ тощо включення і t¢_о,t¢₁ ,t¢₂ ,t¢₃ тощо відключення установки (див. рис. 4.5, ламана лінія 3) підвищення температури провідника буде характеризуватися кривою 4 (див. рис. 4.5). Як видно, у цьому випадку температура нагрівання провідника буде значно меншою і, отже, граничний допустимий струм буде більшим, ніж при безупинному навантаженні.

При описаному режимі роботи установки, що носить назву повторно-короткочасного, ПУЕ дозволяють замість дійсного короткочасного струму І_кр враховувати в розрахунку деякий умовний «зведений тривалий» струм І_зв.тр, що визначається за формулою

де ТВ – тривалість включеного стану (робочого періоду) у відносних одиницях, що дорівнює t_в / t_ц; де t_в – час, на який включається установка; t_ц – тривалість усього циклу роботи установки.

Ця формула використовується для t_ц = 10 хв і t_в< 4 хв, а також для проводів, у яких переріз вище 6 мм² – мідних і вище 10 мм² – алюмінієвих. Якщо тривалість включення перевищує 4 хв і паузи між включеннями малі, то зазначеною формулою користуватися не можна і розрахунок варто вести, як для установки з тривалим режимом роботи.

Для мідних провідників перерізом до 6 мм² і для алюмінієвих перерізом до 10 мм² струмові навантаження при перевірці за нагріванням приймаються, як для установок з тривалим режимом робіт.

Таким чином, умову розрахунку мережі за нагріванням можна виразити нерівністю

де І_тр –тривалий струм навантаження, А; І_доп – граничний допустимий струм для даного провідника, А.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|	Визначення граничних допустимих струмів за нагріванням

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.