книги из ГПНТБ / Электрические сети жилых зданий

Часть энергии, передаваемой по проводнику, переходит в тепло, расходуемое вначале на нагрев проводника до определенной температуры, а затем на поддержание уста­ новившегося режима, т. е. т е п л о в о г о р а в н о в е ­ с и я . При установившемся режиме температура провод­ ника при неизменном токе и неизменном тепловом состоя­ нии окружающей среды остается постоянной, а количество тепла, которое получает проводник в единицу времени, становится равным количеству тепла, отдаваемому в тот же промежуток времени в окружающую среду. Темпера­

выше установившаяся температура.

В тепловых расчетах удобно пользоваться величиной температуры п е р е г р е в а (а не абсолютной темпе­ ратуры проводника), которая представляет собой разность температур проводника и окружающей среды:

Чрезмерный перегрев проводников вызывает ускорен­ ное старение изоляции и создает угрозу пожара. Кроме того, ухудшаются контактные соединения за счет их интенсивного окисления. Для проводов с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией, шнуров с резиновой изо­ ляцией и кабелей в свинцовой или полихлорвиниловой оболочке с резиновой изоляцией ПУЭ установлена наи­ большая длительно допустимая температура н а г р е в а жил 65 °С. Процесс изменения температуры перегрева проводника током в зависимости от времени описывается формулой

(5-3)

где туст — установившийся перегрев для данной токовой нагрузки, °С; t — время, с; Т — постоянная времени нагрева, т. е. время, за которое температура перегрева проводника достигла бы установившегося значения туст, при отсутствии отдачи тепла в окружающую среду. Чис­ ленно величина Т равна отношению теплоемкости про­ водника к его теплоотдаче.

Процесс охлаждения проводника после отключения его от сети определяется уравнением

(5-4)

Т — Ty d t ^

121

На рис. 5-1, я и б показаны кривые нагрева и охлаж­ дения проводника соответственно.

Величины постоянных времени нагрева зависят от рода проводки, сечения и изоляции проводника. Средние вели­

величины tIT.

Из табл. 5-2 видно, что при tIT — 1 согласно уравне­ ниям (5-3) и (5-4), т. е. за время, равное п о с т о я н н о й

в р е м е н и н а г р е в а , температура перегрева про­ водника достигает величины 0,632 туст, при охлаждении за это время температура перегрева снижается до вели­ чины 0,368 туС1. Практически за время ( ^ (3 -ь 4) Т

122

температура проводника достигает установившегося зна­ чения. Таким образом, принимая по табл. 5-1 величину постоянной времени нагрева, можно сразу определить,

за какое время температура проводника данного сечения при данных условиях прокладки достигнет установивше­ гося значения, после чего нагрев

с некоторой величины т0, процесс нагрева можно рассма­

123

5-3. ДЛИТЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ НАГРУЗКИ ПРОВОДНИКОВ

Определенному значению длительно проходящего тока при неизменных температурах окружающей среды и условиях прокладки соответствует и определенная темпе­ ратура проводника. Соответственно наибольшей допусти­ мой температуре нагрева проводника устанавливается величина длительно допустимого тока, нормируемая ГІУЭ. Эта величина зависит от материала, сечения проводника, температуры окружающей среды, материала изоляции и способа прокладки.

Длительно допустимые нагрузки могут определяться на основе теплового расчета, однако, в особенности для изолированных проводов и кабелей, формулы получаются сложными, и поэтому в ПУЭ даются готовые таблицы допустимых токовых нагрузок, которые получены как расчетным, так и экспериментальным путем. В ПУЭ

-(-25 °С). Если температура окружающей среды сущест­ венно отличается от нормированной, то допустимые токовые нагрузки следует пересчитать, умножая нормиро­ ванную нагрузку на коэффициент по ПУЭ.

Допустимые нагрузки на изолированные провода с алю­ миниевыми жилами для различных условий прокладки, а также поправочные коэффициенты на температуру воздуха даны в приложениях 1 и 2. В приложении 1, кроме допустимых токовых нагрузок, даны необходимые указания по выбору плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматов (см. § 5-4).

При наличии данных о допустимых токовых нагрузках и установившейся температуре (перегреве) проводника можно решать с достаточной для практики точностью задачи по определению установившейся температуры (перегрева) при токовых нагрузках, отличающихся от допустимых. Так, температура перегрева Tt при токе / х связана с длительно допустимым током / дои и допустимым перегревом тдоп следующим выражением:

доп

При выводе формулы (5-6) не учитывалось изменение сопротивления проводника в зависимости от его темпе­

124

ратуры, так как при реально возможных перегревах проводов сети оно не имеет существенного значения. Строго говоря, формула (5-6) отражает закономерность нагрева голых проводников. Однако, несмотря на различ­ ные условия охлаждения голых и изолированных прово­ дов, можно считать, что пересчет температур перегрева для последних по формуле (5-6) не дает заметных ошибок.

Выбор сечений проводов по допустимому нагреву при длительном режиме работы производится по формуле

ный коэффициент на температуру окружающей среды (приложение 2).

б) для двухфазной сети с нулевым проводом при вклю­ чении электроприемников на фазное напряжение

где Рмакс — расчетная максимальная нагрузка, кВт; UH— номинальное линейное напряжение, В; [/ф — номинальное фазное напряжение, В.

повышающий коэффициент, учитывающий потери в пуско­ регулирующих аппаратах (ПРА) по следующим средним данным, которые приняты в проектной практике: при стар­ терных схемах зажигания 1,25, при бесстартерных 1,3.

К о э ф ф и ц и е н т м о щ н о с т и cos ср следует принимать для линий, питающих электроприемники квар­ тир, на основе указаний гл. 3; для электроприемников встроенных помещений — по проектам электрооборудова­ ния этих помещений; для люминесцентных светильников, устанавливаемых на лестницах, в холлах, вестибюлях,

125

0,9 для светильников с компенсированными ПРА и 0,5 с некомпенсированными ПРА.

При выборе сечений проводов по условиям допустимого нагрева (по приложению 1), кроме указанного выше, необ­ ходимо учитывать следующее.

1. В трехфазных четырехпроводных питающих линиях квартир имеет место постоянная неустранимая асимметрия токовых нагрузок в фазных проводах. Поэтому ПУЭ тре­ буют принимать сечения нулевых проводов равными сечениям фазных проводов при сечещіях последних до 25 мм2 включительно (по алюминию). При больших сечениях фазных проводов сечения нулевых проводов дол­ жны выбираться сечением не менее 50% фазных проводов,

2. Для двухфазных и однофазных линий сечения ну­ левых проводов принимаются равными сечениям фазных проводов.

3. При выборе сечений нулевых проводов сетей люми­ несцентного освещения необходимо учитывать наличие в этих проводах токов высших гармонических кратных трем,-которые существуют вследствие несинусоидальности кривых токов, даже при равномерной нагрузке фаз [Л. 41—43]. В связи с тем, что в этих случаях ток в нуле­ вом проводе может достигать, особенно при компенсиро­ ванных ПРА, 85—90% тока в фазном проводе, сечения нулевых проводов следует принимать равными сечениям фазных проводов.

4. При прокладке проводов в коробах и лотках до­ пустимую токовую нагрузку следует принимать: а) при прокладке проводов в лотках в один горизонтальный ряд как для открыто проложенных проводов; б) при прокладке проводов в коробах и лотках пучками как для проводов, проложенных в трубах.

5. При прокладке более четырех проводов в трубах, коробах, а также в лотках пучками следует принимать до­ пустимую токовую нагрузку: а) для 5—6 одновременно нагруженных проводов как для открыто проложенных проводов с коэффициентом 0,68; б) для 7—9 одновременно нагруженных проводов как для открыто проложенных проводов с коэффициентом 0,63; в) для 10—12 одновре­ менно нагруженных проводов как для открыто проло­ женных проводов с коэффициентом 0,6.

Сечения проводов, проложенных в каналах строитель­ ных конструкций, а также замоноличенных проводок можно выбирать как для проводов в трубах.

126

6. Для четырехпроводных линий, проложенных в тру­ бах или каналах строительных конструкций, питающих электроприемники квартир и общедомовых потребителей (силовых и осветительных с лампами накаливания), допу­ стимые токовые нагрузки по приложению 1 принимаются как для трех одножильных проводов, прокладываемых в одной трубе. Для таких же линий, питающих люминес­ центное освещение, — как для четырех одножильных проводов, прокладываемых в одной трубе.

7. При повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы сети (например, линии, питающие лифты) расчетную токовую нагрузку следует приводить к дли­ тельному режиму по формуле

Формула (5-11) применяется для алюминиевых прово­ дов сечением более 16 мм2. Для меньших сечений токовые нагрузки принимаются такими, как для длительного режима:

При этом имеется в виду, что / Маис приведено к темпе­ ратуре окружающей среды [см. приложение 2 и формулу (5-6)].

Под п о в т о р н о - к р а т к о в р е м е н н ы м ре­ жимом работы согласно ПУЭ понимается такой режим, при котором общая длительность цикла Тц не превышает 10 мин, а продолжительность рабочего периода tv не пре­ вышает 4 мин. Продолжительность включения опреде­ ляется из выражения

при котором проводник охлаждается до температуры окру­ жающей среды за период паузы. При этом длительность рабочего периода не должна превышать 4 мин.

Пример 5-1. Четырехпроводная линия, питающая электропри­ емники квартир, сечением 3 (1 X 50) + 1 X 25 мм2 выполнена алю­ миниевыми проводами марки АПВ и в течение некоторого времени нагружена, как показано в табл. 5-3. В интервале 30 мин нагрузка

127

остается постоянной. Температура окружающей среды Ѳ0. с =

=25° С. Провода проложены в канале строительной конструкции. Определить температуры нагрева жил проводов за время работы

сети.

6.Определяем перегрев т( для каждого интервала времени по выражению (5-5).

7.Определяем температуру провода

Ѳпр = 'И —Ѳо.с-

Результаты расчетов сведены в табл. 5-4. Изменения температуры проводов ОI получены по данным табл. 5-4 и приведены на рис. 5-3.

128

Т а б л и ц а 5-4

К примеру 5-1

5-4. СТАРЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ

Процесс старения изоляции зависит от нагревания провод­ ника и протекает на основе физико-химических зако­ номерностей, согласно которым старение изоляции в отно­ сительных единицах выражается так называемым «в о с ь ■ ми г р а д у с н ы м п р а в и л о м». ' Это значит, что каждые дополнительные 8 °С нагрева ускоряют процесс старения (сокращают срок службы) изоляции вдвое.

Закон старения изоляции в относительных единицах, т. е. отношение скорости износа изоляции при фактиче­ ских длительно существующих нагрузках к скорости из­ носа изоляции при длительной нагрузке по ПУЭ, которая

принимается за единицу, выражается следующим урав­ нением [Л. 39]:

фактических длительных нагрузках и длительно допусти­ мых нагрузках по нормам; тг и тдоп — перегревы (превы­ шения температуры), фактические и длительно допустимые по нормам.

При переменном графике нагрузки общее относительное

где Их, И2, ..., Ип — относительные старения, рассчитан­ ные по формуле (5-14) для каждого из интервалов графика нагрузки.

Если величина И > 1, то старение изоляции происходит скорее в И раз против нормы, что вызвано чрезмерным нагревом проводника. Напротив, при И •< 1 старение идет замедленно, что свидетельствует о неполном исполь­ зовании проводника.

Пример 5-2. Для условий нагрузки линии примера 5-1 опре­ делить общее относительное старение изоляции. Допустимый пере­ грев по нормам Тдоп = 40° С.

Реш ен и е.

1.Для каждого интервала времени по (5-14)рассчитывается от­ носительное старение изоляции. Данные расчетов сведены в табл. 5-5.

2.Определяем общее относительное старение изоляции

В рассматриваемом примере установлено недостаточное использование изоляции проложенных проводов. Случай, разобранный в примере, характерен для жилых зданий, графики нагрузки которых близки к приведенному в при­ мере. Поэтому выбранные сечения проводов по условиям нагрева всегда оказываются не полностью использован­ ными с точки зрения износа изоляции. Следует, однако, подчеркнуть, что применение повышенных нагрузок про­ водов для жилых зданий по сравнению с указанными в ПУЭ, что могло бы быть оправдано низким коэффициен­ том заполнения суточного графика нагрузки (ниже 0,5), невозможно из-за отсутствия в настоящее время теорети­ ческих и экспериментальных работ по данной проблеме.

130