9 Лекция. Выбор сечений проводников по условию допустимого нагрева

Содержание лекции: нагревание проводников электрическим током. Определение предельных допустимых токов по нагреву.

Цель лекции: изучение методики выбора и проверки сечений проводников по условию допустимого нагрева.

9.1 Нагревание проводников электрическим током

Прохождение электрического тока по проводнику вызывает выделение тепловой энергии. Проводник при этом нагревается до определенной температуры, которая является основным показателем допустимости нагрузки проводника током заданной величины. Если при нагреве током нагрузки температура провода не превышает предельно допустимой величины, то соответствующая нагрузка для такого провода является приемлемой.

На температуру нагрева проводника влияют многие факторы, основными из которых являются:

- продолжительность и цикличность действия тока;

- температура окружающей среды;

- условия прокладки проводов, материал проводов, марка и характеристика изоляции.

При нагреве провода током нагрузки его температура не сразу достигает своей максимальной величины. Если температура окружающей среды , а температура проводника , то вследствие разности температур энергия электрического тока отдается в окружающую среду в виде тепловой энергии. Закон изменения температуры проводника при прохождении тока представлен показательной функцией (кривая 1 на рисунке 9.1):

где - температура проводника через t секунд после начала включения тока;

- предельная максимальная установившаяся температура проводника;

Т – постоянная времени нагрева.

Как видно, температура проводника асимптотически стремится к предельной температуре . Через время t = (3 ÷ 4)Т температура достигает значения = (0,95 ÷0,98) . Практически в этот момент наступает равновесие между теплом, выделяемым током в проводнике, и теплом, отдаваемым в окружающую среду. Температура проводника больше не повышается и сохраняет постоянное значение, зависящее от тока нагрузки.

Рисунок 9.1

Максимальное значение тока, соответствующее предельной температуре, называется предельным допустимым током по нагреву.

Закон снижения температуры проводника после отключения тока представляется зависимостью:

,

которая показана кривой 2 на рисунке 9.1.

При прерывистой работе линии с интервалами Δt₀, Δt₁, Δt₂, Δt₃ и т.д. включения и Δt₁^´, Δt₂^´, Δt₃^´ и т.д., отключения установки (ломаная линия 3 на рисунке 9.1) повышение температуры проводника будет характеризоваться кривой 4 рисунка 9.1. Как видно, в этом случае температура нагрева проводника значительно меньше и, следовательно, предельный допустимый ток будет больше, чем при непрерывной нагрузке.

В этом режиме работы установки, который называется повторно-кратковременным, разрешается вместо действительного кратковременного тока I_кр учитывать в расчете некоторый условный приведенный длительный ток I_{пр. дл} определяемый по формуле:

(9.1)

где ПВ – продолжительность включенного состояния (рабочего периода) в относительных единицах, равная t_в/t_ц;

t_в – время, на которое включается установка;

t_ц – продолжительность всего цикла работы установки.

Формула (9.1) пригодна для t_ц = 10 минут и t_в < 4 минут. Если продолжительность включения превышает 4 минуты и паузы между включениями малы, то указанной формулой пользоваться нельзя и расчет следует вести, как для установки с длительным режимом работы.

Таким образом, условие расчета сети по нагреву можно выразить формулой:

I_дл < I_доп

где I_дл – длительный ток нагрузки, А;

I_доп – предельные допустимый ток для данного проводника, А.