Нагрев проводов и кабелей

Для неизолированных проводов воздушных ли­ний электропередач основную роль играет передача тепла посред­ством конвекции, т. е. охлаждение нагретого провода движущимся потоком воздуха. Отдача тепла посредством лучеиспускания в дан­ном случае невелика, так как температура проводов воздушных ли­ний при нормальной эксплуатации не превышает 70 °С. Отдача тепла посредством теплопроводности в рассматриваемом случае практи­чески не играет заметной роли из-за плохой теплопроводности воз­духа.

При охлаждении прокладываемых в воздухе изолирован­ных проводов и кабелей отдача тепла с их внешней поверх­ности происходит по тому же закону, как и для неизолированных проводов. Но при нагревании изолированных проводов и кабелей тепловой поток, прежде чем достичь внешней его поверхности, дол­жен преодолеть тепловое сопротивление изолирующих и защитных покровов. Это обстоятельство ухудшает условия охлаждения изоли­рованных проводов по сравнению с неизолированными.

Наиболее часто для прокладки в воздухе применяются провода и кабели с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией. Наиболь­шая допустимая температура определяется сохранностью изоляции. Длительный срок службы теплостойкой резиновой изоляции гаран­тируется при температуре, не превышающей + 65 °С, а полихлорви­ниловой изоляции при температуре не более + 70 °С. При более вы­сокой температуре резиновая изоляция становится хрупкой, поли­хлорвиниловая изоляция размягчается, и изоляционная оболочка провода или кабеля перестает удовлетворять требованиям.

Кабели с бумажной изоляцией получили широкое распростране­ние при выполнении наружных электрических сетей городов и про­мышленных предприятий. Для таких сетей наиболее распространен­ным способом прокладки является прокладка в земляных траншеях. Условия охлаждения проложенных в земле кабелей отли­чаются от условий охлаждения проводов, прокладываемых на возду­хе вследствие более высокой теплопроводности земли. Кабели про­кладываются в земле на глубине 0,7... 1,0 м, где температура значи­тельно отличается от температуры воздуха. Наибольшая среднемесяч­ная температура почвы для большинства районов средней полосы России близка к +15 °С. Под нормальными условиями подразумева­ется прокладка в земле одного кабеля при температуре почвы + 15°С для среднего грунта с удельным сопротивлением 120 Ом·см.

Для кабелей с бумажной изоляцией в свинцовой или алюмини­евой оболочке допустимая температура жил определяется устой­чивостью к нагреванию кабельной бумаги и недопустимостью об­разования пустот внутри кабеля. Допустимая температура жил кабеля с бумажной изоляцией зависит от напряжения, на которое он рассчитан. При повышении допустимая температура жил ка­беля понижается. Для кабелей с бумажной изоляцией на напряже­ние до 3 кВ допустимая температура + 80 °С, для кабелей на на­пряжение 6 кВ допустимая температура +65°С, для кабелей на напряжение 10 кВ допустимая температура +60°С.

Способ прокладки и масса проводника определяют величину постоянной времени нагрева:

где С - практически неизменная при реальных значениях темпера­тур теплоемкость проводника; А_о - коэффициент теплоотдачи, учи­тывающий суммарную отдачу тепла в окружающую среду за счет теплопроводности, лучеиспускания и конвекции.

Постоянную времени нагревания проводников, проложенных на открытом воздухе, можно принять независимой от времени нагре­ва. Значения постоянной времени нагрева Т_о для открыто проло­женных проводов и кабелей в зависимости от их сечения и номи­нального напряжения изменяются в пределах 3... 60 мин.

Постоянная времени нагрева кабелей, проложенных в земле, за­висит от времени нагрева. По данным испытаний, постоянная времени нагрева кабелей, проложенных в земле, и времени максимума нагрузки от 2 до 5 ч равна 3 ...4 ч.

Таким образом, постоянная времени нагрева открыто проложен­ных проводников гораздо меньше, чем проложенных в траншеях.

При прокладке изолированных проводников в трубах условия их охлаждения значительно ухудшаются. Посто­янную времени нагрева кабелей, проложенных в трубах, при дли­тельности мало меняющейся нагрузки от 2 до 5 ч можно принять равной 1 ...2 ч.