Максимална температура на проводника. Измерване на температурата на нагряване на кабели - изпитване и проверка на силови кабели

Когато се прилага напрежение към кабелни линии, за тях се задават определени токови натоварвания. Изискване на правила техническа експлоатациясвързани с нагряване на изолацията при продължителни натоварвания. Ако дългосрочно допустимият ток на кабела надвиши граничната стойност, той ще прегрее и ще разруши изолационния слой с последващо увреждане. Поради това натоварванията са подбрани така, че да се елиминира опасността от термично разрушаване на изолационния слой.

Причина за нагряване на кабела

Количеството топлина, генерирано по време на работа на кабела, се определя по формулата:

Q = I 2 Rn W/cm, където I е товарният ток, A; n - брой ядра; R - съпротивление, Ohm.

От горния израз следва, че колкото по-висока е консумацията на ток в електрическата инсталация, към която е свързан кабелът, толкова повече той се нагрява. Освен това, мощността, освободена в проводниците под формата на топлина, е квадратично зависима от товара.

Разсейване на топлината от работещ кабел

Отоплението на кабела няма да се увеличава постоянно поради факта, че топлината трябва да отиде някъде. Освен това количеството му зависи от разликата между температурата на кабела и среда. В крайна сметка ще настъпи равновесие и температурата на проводниците ще стане постоянна.

Как да изчислим допустимия ток въз основа на температурата на нагряване на сърцевините

Когато разсейването на топлината от товара стане равно на количеството топлина, разсейвано от кабела, режимът на работа става стабилен:

P = θ/∑S = (t l - t av)/(∑S), където θ е разликата между температурата на сърцевината и средата, 0 C; tf - tcf - температурна разлика, 0 C; ∑S - термично съпротивление на кабела.

Колкото по-добра е проводимостта на средата, толкова повече топлина ще излезе от кабела. Дългосрочно допустимият ток на кабела се изчислява, както следва: I add = √((t add - t av)/(Rn∑S)), където t add е допустимата температура на нагряване на жилата (в зависимост от типа на кабела).

Условия за пренос на топлина

Преносът на топлина става най-добре, когато кабелът е във вода. Ако се полага в земята, топлоотвеждането зависи от състава на последната и съдържанието на влага. При изчисленията обикновено се приема почвата r = 120 Ohm∙deg/W, което съответства на песъчливо-глинеста почва с влажност 12-14%. За да получите точни показания, е важно да знаете състава на почвата, тъй като съпротивлението варира в широки граници и се намира в таблиците. Тя може да бъде намалена чрез промяна на състава на засипката на кабелната траншея и чрез внимателно уплътняване. Порестият пясък и чакъл имат по-ниска топлопроводимост от глината. Поради това кабелът се запълва с глина или глинеста почва, която не съдържа шлака, строителни отпадъци и камъни.

Кабелът, пренасян във въздуха, има лошо разсейване на топлината. Още по-лошо става при полагане в кабелни канали, където се появяват допълнителни въздушни междини, взаимно нагряване на съседни кабели и съпротивление на стените. За такива случаи изберете възможно най-ниски токови натоварвания.

За осигуряване на благоприятни температурни условия на работа кабелна линиятрябва да намерите допустимите токови натоварвания за два режима: авариен и дългосрочен. Характеристиките на кабела показват и допустимата температура при късо съединение, която за хартиената изолация е 200 0 C, а за PVC - 120 0 C.

Дългосрочно допустимият ток на кабела е обратно пропорционален на неговата температурна устойчивост и топлинния капацитет на външната среда.

Трябва да се има предвид, че с течение на времето проводимостта на кабелната изолация се увеличава поради изсушаване. Устойчивостта на почвата съставлява 70% от общата стойност и е определяща при изчисляване на общото натоварване.

Таблици за определяне на допустимия ток

Ако изчислите ръчно, е доста трудно да определите дългосрочния допустим ток на кабела. PUE съдържа специални таблици, където са дадени стойностите му различни условияоперация. По-долу са изчислените максимално допустими натоварвания за различни разделимеден проводник при температура от 90 0 C и околния въздух 45 0 C.

С помощта на кабели, чиито характеристики са дадени в таблицата, електричеството се пренася и разпределя в мрежи с постоянно и променливо напрежение и в стационарни инсталации. Те не издържат на големи опънни сили и се полагат в земята, на открито, в кабелни канали. Дългосрочната допустима температура на ядрото е 70 0 C, а при - не повече от 160 0 C за 4 секунди. В авариен режим допустимото нагряване на сърцевините не надвишава 80 0 C.

Характеристиките на проводниците варират в широки граници в зависимост от маркировката, броя на жилата и други параметри. Непрекъснат ток VVG кабелзависи от напречното сечение, което се определя от броя и вида на жилата. Например, максималната площ на напречното сечение е 240 mm 2, а в петжилен - 50 mm 2.

Дългосрочно допустимият ток също се определя от напречното сечение, което ще бъде малко по-голямо от това, тъй като е изработено от алуминий. Допустима температураоперацията и аварийната работа са еднакви и за двата типа.

Кабелът AVBBShv има особеност - може да се използва във взривоопасни и пожароопасни зони поради наличието на двойна броня, изработена от стоманена лента. Намира широко приложение в строителството. Дългосрочно допустимият ток на кабела AVBbShv, както и при предишните продукти, зависи от температурата, която не трябва да надвишава 75 0 C, което е малко по-високо. Определя се от таблици и зависи от напречното сечение на жилата и начина на полагане.

Заключение

За да се гарантира, че проводниците не се прегряват при постоянно натоварване, е необходимо да изберете дългосрочно допустимия ток на кабела според таблиците и да изчислите разсейването на топлината в околната среда. Неправилният избор на кабел ще доведе до неговото прегряване и разрушаване на изолационния слой, което ще доведе до преждевременна повреда на продукта.

При избора на кабел се вземат предвид много различни параметри, от напречното сечение на жилата до изолационния материал. Защо е важно да знаете подробности като материала на корпуса? Все пак неговата основна функция- защитава от поражение токов удар. Ако изолацията се справи с тази задача, тогава трябва да се обърне повече внимание на по-важните характеристики на кабела. За съжаление, много хора правят тази грешка, всъщност допустимата температура на нагряване на кабела и изолационния материал са изключително свързани помежду си. Всеки вид защитна обвивка е проектирана за определена температура; ако надвишава определени стойности, процесът на стареене на изолацията се ускорява. Това сериозно засяга живота на кабела, а често и на свързаното с него оборудване. Допустимата температура на нагряване на кабела е параметърът, от който зависи не само товароносимостта на кабела, но и надеждността на неговата работа. Допустима температура на нагряване на кабел с различни видове изолация Всички видове материали, използвани като изолация на тоководещи проводници, имат свои собствени физически характеристики. Те имат различна плътност, топлинен капацитет и топлопроводимост. В резултат на това това се отразява на способността им да издържат на топлина, така че вулканизираният полиетилен може да запази характеристиките си на работа до 90ºC. От друга страна, гумената изолация издържа на значително по-ниско температурно натоварване – само 65ºС. Допустимата температура на нагряване на PVC кабел е 70 градуса и това е един от най-оптималните показатели. Един от най-важните показатели е допустимата температура на нагряване на кабела c. Този тип кабел се използва изключително широко и е предназначен за работа с различни напрежения. Ето защо трябва да внимавате в тази характеристика, тя се променя, както следва:

за напрежение 1-2 kV максималната допустима температура за кабели с обеднена и вискозна импрегнация е 80ºС;
за напрежение 6 kV, изолацията с вискозна импрегнация може да издържи 65ºС, с обеднена импрегнация 75ºС;
за напрежение 10 kV допустимата температура е 60ºС;
за напрежение 20 kV допустимата температура е 55ºС;
за напрежение 35 kV допустимата температура е 50ºС.

Всичко това изисква повишено внимание към дългосрочното максимално натоварване на кабела и условията на работа. Друг изолационен материал, търсен днес в електротехническата индустрия, е омреженият полиетилен. Има сложна структура, която осигурява уникални експлоатационни характеристики. Допустимата температура на нагряване на кабела и изолацията от омрежен полиетилен е 70ºС. Един от лидерите в този параметър е силиконовият каучук, който издържа на 180ºC. До какво може да доведе прегряването на кабела? Превишаването на допустимата температура на нагряване на кабела води до драматична промяна на изолационните свойства. Започва да се напуква и рони, което води до риск от късо съединение. Животът на кабела се намалява сериозно с всеки превишен градус. Това изисква по-чести ремонти и разходи, така че е по-добре първоначално да използвате кабела, който е предназначен за решаване на конкретни проблеми. Но това не е достатъчно, необходимо е редовно да се следи температурата на черупката, особено на места, където може да се предположи прегряване. Това може да са места в близост до топлопроводи или да създават неблагоприятни условия за охлаждане.

Максимално допустимата температура на нагряване на кабела е голяма стойност, тъй като товароносимостта, експлоатационният живот и надеждността на кабела зависят от това.

Всеки тип кабелна изолация е проектирана за определена дългосрочно допустима температура, при която стареенето на изолацията става бавно. Превишаването на температурата на нагряване на кабела над допустимата ускорява процеса на стареене на изолацията и намалява експлоатационния живот на кабела.

При нагряване на кабела хартиената изолация претърпява най-бързо стареене и нейната механична якост и еластичност намаляват. Дългосрочно допустими температури за захранващи кабелинеподвижните уплътнения са дадени в табл. 17.

Таблица 17.
Дългосрочно допустима температура на нагряване на кабелните жила

При включване на кабел под товар първо се нагряват неговите жила, а след това изолацията и обвивката. Експерименталните измервания установяват, че температурната разлика между сърцевината и обвивката на кабел 6 kV е приблизително 15 °C, а за кабели 10 kV е 20 °C. Следователно в практически условия те обикновено се ограничават до измерване на температурата на обвивката, като се има предвид, че температурата на сърцевината на кабела е с 15-20 °C по-висока.

Температурата на нагряване на сърцевините може да се определи и чрез изчисление по формулата

където t o6 е температурата в обвивката на кабела, °C; I - дългосрочно максимално натоварване на кабела, A; n - брой жила на кабела; ρ - съпротивлениемед или алуминий при температура, близка до температурата на сърцевината, Ohm.mm 2 /m; S K - сумата от топлинните съпротивления на изолацията и защитните капаци на кабела, Ohm (определена от справочника); q - напречно сечение на сърцевината на кабела, mm 2.

Контролът на нагряването на кабела по време на работа се извършва чрез измерване на температурата на оловната или алуминиевата обвивка или бронята на тези места кабелно трасе, където се предполага, че кабелната линия може да прегрее спрямо допустимите температури. Такива места могат да бъдат инсталации в близост до топлопроводи, в среда с висока термична устойчивост (шлака, тръби и др.), където се създават неблагоприятни условия за охлаждане на кабелната линия.

Препоръчително е да се измерва температурата на повърхността на кабелите, положени в земята, с помощта на термодвойки. За да се монтират термодвойки по трасето на кабела, в една от стените на ямата по оста на кабела се откъсва яма с размери 900x900 mm с вдлъбнатина от 150-200 mm. След отстраняване на външния капак и почистване на бронята от корозия се създава надежден контакт (с нискотопим припой или фолио) с проводника на термодвойката.

ориз. 113. Измерване на температурата на повърхността на работещ кабел:
1 - кабел, 2 - сграда, 3 - панели с термодвойки, 4 - метална тръба, 5 - топлинна тръба

Тестовите проводници се прокарват през газовата тръба и се свързват към специални кутии, след което ямата се покрива със земя. Диаграмата за измерване на температурата на повърхността на кабела е показана на фиг. 113. Измерванията на температурата на повърхността на контролираните кабели с едновременно измерване на текущите натоварвания се извършват през деня на всеки 2-3 часа, ако в резултат на измерванията се окаже, че температурата на сърцевината на кабела в определени секции надвишава допустимото ниво, е необходимо или да се намали текущото натоварване на кабела, или да се вземат мерки за подобряване на условията на охлаждане. В някои случаи е препоръчително да смените прегрятия участък от линията с кабел с голямо напречно сечение. Температурата на кабелите, положени открито в кабелни конструкции, може да се измери с конвенционален лабораторен термометър, монтиран върху обвивката на кабела. Необходимо е внимателно да се следи температурата на околната среда и вентилацията в кабелните конструкции. Отоплението на кабела се следи при необходимост.

Страница 20 от 23

Измерването на температурата на кабелните обвивки трябва да се извършва на места, където кабелът работи в най-трудни условия (места, където кабелът се пресича с топло- и паропроводи, в снопове от съществуващи кабелни линии, в участъци от трасето със сухи или висока термична устойчивост на почвата), през периода на максимално натоварване на кабела.
За да се определи температурната разлика D£cab, t0b трябва да се приеме като максимална стойност на температурата, а текущата стойност I трябва да се приеме като максимално натоварване на линията.
Измерването на температурите на нагряване на кабелните обвивки или околната среда може да се извърши с помощта на термодвойки, съпротивителни термометри или термометри.
При наблюдение на отоплението на кабела трябва да имате предвид следните температурни диапазони, които се срещат най-често: температура на обвивката на кабела до +60°C; температура на почвата от -5 до +25°C; температура на въздуха от -40 до +45 °C.
От приведените данни следва, че температурните диапазони са само няколко десетки градуса, като често температурната разлика между обвивката на кабела и околната среда е повече от 10-20 "C. Това налага използването на много чувствителни температурни индикатори.

а) Метод на термодвойка

При управление на отоплението на кабела с термодвойки е необходимо те да създават напр. д.с. около 0,5-1 mV, което ще позволи използването на наличните в лабораториите миливолтметри и галванометри.
Най-чувствителни са термодвойките от хромел-копелови сплави, които развиват термо-е. д.с. при 6,9 mV при 100° C.
Могат да се използват и термодвойки мед-константан (4 mV на 100°C).
Термодвойките трябва да имат две връзки, едната разположена на кабела, а другата в точката, в която температурата се записва постоянно от чувствителен и точен термометър (температурата на студения кръстовище).
За да създадете добър контакт между термодвойката и обвивката на кабела, препоръчително е да уплътните работното съединение в оловно венчелистче (диск с диаметър 3-4 cm, дебелина 2-3 mm) и да го използвате, както са наричани на практика „венчелистчета“ термодвойки. Такова венчелистче е надеждно фиксирано към кабела с тафта или защитна лента.
Ако няма листови термодвойки, първо трябва да поставите мек станиол под работното съединение и едва след това да притиснете термодвойката плътно към обвивката на кабела, като я увиете с дебела платнена лента.
При наблюдение на отоплението на кабела трябва да се поставят най-малко две термодвойки на едно място за взаимен контрол на показанията и резерв в случай на счупване на работния възел.
Обикновено на практика е необходимо във всяка зона да се контролира температурата на няколко съседни кабела, върху които е инсталирана група термодвойки (до 10-20 броя).
Всички студени връзки на тези термодвойки обикновено се събират на едно място, където температурата им се записва с термометър. В този случай температурата на околната среда (на мястото на краищата на „студения“ кръстовище) трябва да се добави към показанието на температурата, получено на скалата на инструмента, ако е положително, и да се извади, ако е отрицателно.

Добре е студените възли да се поставят в съд с топящ се лед или сняг. Това дава стабилна температура на студения кръстовище от 0°C, докато целият лед или сняг се разтопи, а показанията на миливолтметъра (обикновено калибрирани в градуси) веднага дават температурата на кабелните обвивки в градуси по Целзий без корекция за околната температура, тъй като е равен на нула.
Краищата на термодвойките са свързани към контактор с превключвател, към който по време на измерванията е свързан преносим миливолтметър (галванометър).
За измервания могат да се използват и потенциометри с чувствителност най-малко 0,05 mV на деление.

б) Метод на термично съпротивление

По-чувствителен метод е да се контролира нагряването на кабелите с помощта на термични съпротивления.
Термичните съпротивления са изработени от тънък изолиран проводник с диаметър 0,05-0,07 mm с голям температурен коефициент(промяна в съпротивлението при нагряване)
Стойността на термичното съпротивление трябва да бъде поне 5-10 ома (обикновено 20-30 ома).
Няколко метра тънка жица се фиксират върху парче дебел лист електрокартон, така че нишките на телта да са разположени от едната страна на листа (фиг. 45). За по-голяма механична якост изходните краища на съпротивленията са направени от по-дебел изолиран проводник.
За да предотвратите разпръскване и оплитане на телените нишки е необходимо да ги закрепите към плочата с бакелитов лак.

ориз. 45. Навиване на термоустойчиви ленти за измерване на температури върху кабелни обвивки.
1 - краища за свързване на термоелемента към моста; 2 - преход към тел с голямо напречно сечение.
За да предпазите телените нишки от счупване, върху тях трябва да поставите парче тънка кабелна хартия, също намазана с бакелитов лак.
След направата на термичното съпротивление, на листа, върху който е закрепен, трябва да се придаде цилиндрична форма, като се навие на прът с диаметър 40-50 mm.
Стойността на омичното съпротивление на термоелементите след едночасова експозиция при постоянна температура се измерва точно на моста.
Така например, ако термичното съпротивление е направено от медна жица с диаметър 0,05 mm и има съпротивление 20 ома при стайна температура (+20 ° C), тогава когато температурата на кабела се промени с 1 ° C, промяната в съпротивлението ще бъде около 0,1 Ohm, което може да се установи с достатъчна за практиката точност с помощта на конвенционални измервателни мостове.
Понякога, въз основа на местните условия, термичното съпротивление трябва да има много малки размери, например за полагане на кабели върху оловната обвивка в пролуките на долната броня лента (горната броня лента се нарязва). В тези случаи трябва да се използва много тънък проводник с високо съпротивление.
Наскоро за измерване на температурите на кабелите се използват полупроводникови топлинни съпротивления.

в) Термометърен метод

В случаите, когато кабелите са разположени в тунел, канал или помещения, температурата им може да се следи директно с термометри. Скалата на термометъра не трябва да надвишава 50-100 ° C.
За по-лесно свързване към кабела, термометърът трябва да има край с живачна глава, огъната под прав ъгъл. Под живачната глава на термометъра се поставя мек станиол, след което термометърът се притиска плътно към кабела чрез навиване и затягане с платнена лента.
Ако се желае непрекъснато или периодично автоматично записване на температурите на нагряване на кабела, тогава термодвойките или термичните съпротивления трябва да бъдат свързани към електронни потенциометри като EPD-07, EPD-12, EPP 09, специално инсталирани за тази цел.
Когато инсталирате термодвойки, съпротивителни термометри или термометри, е важно да поддържате непроменени условията за охлаждане на кабела.
В тунели или канали това се отнася за вентилацията на кабелите. Не е разрешено поставянето на прегради, запълването на пространствата между отделните рафтове с каквото и да било и др.
При полагане на кабели в траншеи, след полагане на термодвойки или термични съпротивления, дупката се запълва и уплътнява със същата почва.
Температурните измервания могат да започнат не по-рано от 24 часа след затваряне на ямата и възстановяване на капаците на кабелите. Това е продиктувано от необходимостта от затопляне на почвата и създаване на нормално топлинно поле около кабела.
Краищата от термодвойки или съпротивления се извеждат към стената на близко помещение или се поставят и закрепват в специално оборудван за целта контролен кладенец.
В зависимост от резултатите от мониторинга натоварването на кабелната линия се увеличава или намалява или се предприемат мерки за подобряване на охлаждането на кабела.

Проводниците и кабелите, като проводници, се нагряват от ток на натоварване. Допустимата температура на нагряване за изолирани проводници се определя от характеристиките на изолацията, за неизолирани (голи) проводници - от надеждността на контактните връзки. Стойностите на дългосрочната допустима температура на нагряване на проводниците и кабелните жила при температура на околния въздух + 25ºС и температура на земята или водата + 15ºС са посочени в правилата за електрическа инсталация (PUE).

Количеството ток, съответстващо на дългосрочно допустимата температура на дадено жило на проводник или кабел, се нарича дългосрочно допустим ток на натоварване ( I допълнително). Стойности на постоянен допустим ток за различни участъци от проводници и кабелни сърцевини, както и различни условиятехните уплътнения са дадени в PUE и референтната литература. По този начин определянето на напречното сечение на проводниците и кабелните жила за отопление се свежда до сравняване на максималния работен ток на линията с табличната стойност на дългосрочно допустимия ток на натоварване:

според който от таблиците се избира съответното стандартно напречно сечение на проводниците и кабелните жила. Ако температурата на околната среда се различава от стойностите на таблицата, тогава стойността на дългосрочно допустимия ток се коригира чрез умножаване с корекционен коефициент, чиито стойности се вземат съгласно PUE и референтната литература.

Напречното сечение на проводниците и кабелните жила, избрани според условията на нагряване, трябва да съответства на защитата, така че когато през проводника протича ток, нагрявайки го над допустимата температура, проводникът да се изключва от защитно устройство (предпазител, прекъсвач и др.).

Изчисляването и изборът на напречни сечения на проводници и кабелни жила се извършва в следната последователност:

1) изберете вида на защитното устройство - предпазител или прекъсвач;

2) ако е избран предпазител, тогава той се определя номинален токнеговата предпазителна връзка, която трябва да отговаря на две условия:

къде - максимален токнатоварване при стартиране на асинхронен електродвигател с катерица (неговият стартов ток);

Коефициент, характеризиращ условията на работа на двигателя; за нормални условия на работа = 2,5; за тежки условия = 1,6…2,0.

Въз основа на по-голямата изчислена стойност на номиналния ток на предпазителя се избира стандартната стойност на номиналния ток на предпазителя;

3) дългосрочният допустим ток на натоварване се определя в съответствие с избрания номинален ток на предпазителя:

За кабели с хартиена изолация,

За всички други кабели и проводници;

посочените съотношения се приемат за случая, когато мрежовите проводници са защитени от претоварване. Според PUE такива мрежи включват осветителни мрежив жилищни и обществени сгради, търговски и сервизни помещения индустриални предприятия, както и в пожаро- и взривоопасни зони; за случаите, в които е необходимо да се предпазят проводниците само от къси съединения, съотношението е избрано:

Получената изчислена стойност на допустимия продължителен ток на натоварване се закръгля до най-близката таблична стойност на допустимия продължителен ток на натоварване и съответното стандартно напречно сечение на проводници или кабелни жила;

4) ако прекъсвачът е избран като защитно устройство и предпазва мрежовите проводници от претоварване, тогава са валидни всички горепосочени зависимости, при които вместо номиналния ток на предпазителя трябва да се освободи номиналният ток на освобождаването на прекъсвача бъде посочен;