3.3. Защитные покровы

Область эксплуатации кабеля обуславливает необходимость его защиты от внешних воздействий.

Кабель имеет броню из двух стальных оцинкованных лент, толщиной по 0,45 мм каждая[9], а также внутреннюю оболочку из полиэтилена.

Расчет объёма и массы оболочки на единицу длины кабеля будет описан подробно в пункте 6 (Расчет массы кабеля).

4. Расчет электрических параметров кабеля

4.1. Сопротивление токопроводящей жилы постоянному и переменному току.

Сопротивление жилы постоянному току [1]:

(4.1.1)

где – удельное сопротивление алюминия при 20 ⁰С;

– сечение жилы, мм²;

L = 1м – длина жилы;

4,03·10^–3 1/⁰С – температурный коэффициент сопротивления алюминия;

максимальная допустимая рабочая температура;

– коэффициент укрутки.

Ом

Сопротивление жилы переменному току [1]:

_{~ ,} (4.1.2)

где у_п =f(x) – коэффициент, учитывающий поверхностный эффект;

y_б=f(x)– коэффициент, учитывающий эффект близости:

, , (4.1.3)

где h - ,расстояние между осями жил, мм;

d_ж – диаметр жилы, мм;

Приближенные формулы справедливы для x < 2,8. [4]

Вычисление сопротивления жилы переменному току начинается с вычисления коэффициента x по формуле:

(4.1.4)

где =1 – магнитная проницаемость алюминия, Гн/м;

= – магнитная постоянная, Гн/м.

Вычисляются коэффициенты учитывающие поверхностный эффект y_П=f(x) и эффект близости y_б = f(x):

(4.1.5)

;

(4.1.6)

где h= d_ж+2_из =14,22+2*1,5= 17,22 – расстояние между осями кабелей, мм

Сопротивление жилы переменному току вычисляется через коэффициенты y_П=f(x) и y_б=f(x):

= 0,000309*(1+0,00086+0,0027) = 0,00031 Ом

4.2. Диэлектрические потери в изоляции, сопротивление изоляции, электрическая емкость кабеля. [1]

P_д = U² _*ω*C*tgб (4.2.1)

где U= 1000 – линейное напряжение, В;

ω=2*3,14*f–циклическая частота, Гц ;

f=50 – частота сети, Гц;

tgб = 0,001 – тангенс угла диэлектрических потерь полиэтилена;

С – электрическая ёмкость кабеля.

С = , (4.2.2)

где = 2.04 – диэлектрическая проницаемость полиэтилена [6];

= 8,85*10^-12 – диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м;

d =14,22– диаметр жилы, мм;

D = d + 2_из = 14,22 + 2 * 1,5 = 17,22 – диаметр изолированного проводника, мм.

С = = 3,34 * 10^-10 Ф

P_д= 1000² * 2 * 3,14 * 50 * 3,34 * 10^-10 * 0,001 = 1,05 * 10^-7 Вт

4.3. Потери полезной энергии в металлических оболочках кабеля

Из токопроводящих жил и металлической оболочки кабеля не образуется контура, в связи, с чем потери в металлической оболочке трехжильного кабеля будут слишком малы, и не будут учитываться.

5. Тепловой расчет кабеля

5.1 Расчёт тепловых сопротивлений конструктивных элементов и окружающей среды

Тепловое сопротивление изоляции: [1]

, (5.1.1)

где σ_из=3 ( ·м²/Вт) – удельное термическое сопротивление ПЭ; [2]

– радиус по жиле, мм;

- радиус по изоляции, мм;

·/Вт

Тепловое сопротивление брони: [1]

(5.1.2)

где σ_об = 0,13( ·м²/Вт) – удельное тепловое сопротивление стали;

r₁ = + = = 18,56 мм– внутренний радиус по броне, мм;

r₂ = = = 19,45 мм– внешний радиус по броне, мм;

Тепловое сопротивление воздуха.

Вычисляем среднюю температуру:

(5.1.3)

где T_0­= 12 – температура окружающей среды, ^oC;

T_п– температура поверхности кабеля,^oC – значение заранее неизвестное, выбранное в диапазоне от температуры окружающей среды до рабочей температуры жилы, уточненное значение T_п получим многократным повторением нижеперечисленных действий.

Параметры сухого воздуха берутся из таблицы 5.1. для средней температуры

Таблица 5.1.

Tср, °С	10	20	30	40	50	60	70
102, Вт/м ºС	2,5	2,59	2,67	2,75	2,82	2,89	3,00
106, м2/с	14,16	15,06	16,00	16,96	17,95	18,97	20,00

Коэффициент термического расширения воздуха:

Кинематическая вязкость ν при 34 ºС равна 16,5·10^-6 м²/с.

Критерий Грасгофа:

(5.1.4)

Где d = 0,0389 – диаметр кабеля, м;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

 – кинематическая вязкость воздуха, м²/с; [1]

– перепад температуры между поверхностью кабеля T_п и окружающей средой T₀.

Вычисляется критерий Нуссельта:

где с и n – постоянные коэффициенты, значения которых для различных значений произведения Gr·Pr берутся из таблицы 5.2.

таблица 5.2

GrPr	c	n
10-410-3	0,5	0
10-35102	1,18	1/8
51022107	0,54	1/4
21071013	0,135	1/3

Вычисляется коэффициент конвективной теплопередачи:

(5.1.5)

Тепловое сопротивление воздуха:

^, (5.1.6)

где степень черноты кабеля, [1]

наружный диаметр кабеля, мм;

Вт/ - постоянная излучения абсолютно черного тела;

·м/Вт