Температура на кабела при натоварване. И живи нагревателни кабели

Проводниците и кабелите, като проводници, се нагряват от тока на натоварване. Стойността на допустимата температура на нагряване за изолирани проводници се определя от характеристиките на изолацията, за оголени (голи) проводници - от надеждността на контактните връзки. Стойностите на дългосрочно допустимата температура на нагряване на проводници и кабелни жили при температура на околната среда от + 25ºС и температура на земята или водата от + 15ºС са посочени в правилата за електрическа инсталация (PUE).

Количеството ток, съответстващо на дългосрочно допустимата температура на даден проводник или кабелна сърцевина, се нарича дългосрочно допустим ток на натоварване ( аз допълнително). Стойностите на дългосрочния допустим ток за различни напречни сечения на проводници и кабелни жили, както и различни условия за тяхното полагане са дадени в PUE и справочната литература. По този начин определянето на напречното сечение на проводниците и кабелните жили чрез нагряване се свежда до сравняване на максималния работен ток на линията с табличната стойност на дългосрочно допустимия ток на натоварване:

според което от таблиците се избира съответният стандартен участък от проводници и кабелни жила. Ако температурата на околната среда се различава от табличните стойности, тогава стойността на дългосрочния допустим ток се коригира чрез умножаване по корекционния коефициент, чиито стойности са взети според PUE и справочната литература.

Сечението на проводниците и кабелните жили, избрани според условията на нагряване, трябва да е в съответствие със защитата, така че когато през проводника протича ток, който го нагрява над допустимата температура, проводникът се изключва от защитно устройство (предпазител, прекъсвач и др.).

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

1) е избран типът на защитното устройство - предпазител или прекъсвач;

2) ако е избран предпазител, тогава се определя номиналният ток на неговия предпазител, който трябва да отговаря на две условия:

къде е максималният ток на натоварване при стартиране на асинхронен двигател с катерица (стартовият му ток);

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

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

3) определя се дълготрайният допустим ток на натоварване, съответстващ на избрания номинален ток на предпазителя на предпазителя:

За кабели с хартиена изолация,

За всички други кабели и проводници;

тези съотношения са взети за случая, когато мрежовите проводници са защитени от претоварване. Според PUE такива мрежи включват осветителни мрежи в жилищни и обществени сгради, търговски и обслужващи помещения на промишлени предприятия, както и в пожаро- и експлозивно опасни зони; за случаи, в които е необходимо да се защитят проводниците само от късо съединение, се избира съотношението:

Получената изчислена стойност на дългосрочно допустимия ток на натоварване се закръглява до най-близката таблична стойност на дългосрочно допустимия ток на натоварване и съответното стандартно напречно сечение на проводниците или жилата на кабела;

4) ако за защитно устройство е избран прекъсвач и той предпазва мрежовите проводници от претоварване, тогава са валидни всички горепосочени съотношения, при които вместо номиналния ток на предпазителя трябва номиналният ток на освобождаването на прекъсвача да бъдат посочени;

Максимално допустимата температура на нагряване на кабела е от голямо значение, тъй като товароносимостта, експлоатационният живот и надеждността на кабела зависят от него.

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

Когато кабелът се нагрява, хартиената изолация претърпява най-бързо стареене, чиято механична якост и еластичност намаляват. Дългосрочно допустимите температури за захранващи кабели от стационарно полагане са дадени в табл. 17.

Таблица 17
Дългосрочно допустима температура на нагряване на кабелни жила

Когато кабелът е включен под натоварване, първо се нагряват жилата му, а след това изолацията и обвивката. Експерименталните измервания установиха, че температурната разлика между сърцевината и обвивката на кабел 6 kV е приблизително 15 °C, а за кабели 10 kV - 20 °C. Следователно в практически условия те обикновено се ограничават до измерване на температурата на обвивката, като се има предвид, че температурата на жилото на кабела е с 15-20 °C по-висока.

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

където t о6 е температурата върху кабелната обвивка, °С; I - дългосрочно максимално натоварване на кабела, A; n е броят на кабелните жила; ρ - специфично съпротивление на мед 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, ом (определя се от справочника); q - напречно сечение на жилото на кабела, mm 2.

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

Препоръчва се измерване на температурата на повърхността на кабелите, положени в земята с термодвойки. За монтиране на термодвойки по трасето на кабела, яма с размери 900x900 mm се откъсва с вдлъбнатина от 150-200 mm в една от стените на ямата по оста на кабела. След отстраняване на външния капак, почистване на бронята от корозия, се създава надежден контакт (с ниско топяща се спойка или фолио) с проводника на термодвойката.

Ориз. 113. Измерване на температура на повърхността на работен кабел:
1 - кабел, 2 - сграда, 3 - щитове на термодвойки, 4 - метална тръба, 5 - топлинна тръба

Измервателните проводници се извеждат през газова тръба и се свързват със специални кутии, след което ямата се покрива със земя. Схемата за измерване на температурата на повърхността на кабела е показана на фиг. 113. Измерването на температурата на повърхността на управляваните кабели с едновременно измерване на токови натоварвания се извършва в рамките на един ден след 2-3 часа за подобряване на условията на охлаждане. В някои случаи е препоръчително да замените прегрятата част на линията с кабел с голямо сечение. Измерването на температурата на кабелите, положени открито в кабелни конструкции, може да се извърши с конвенционален лабораторен термометър, като се фиксира върху кабелните обвивки. Необходимо е внимателно да се следи температурата на околната среда и работата на вентилацията в кабелните конструкции. Отоплението на кабела се следи при необходимост.

При избора на кабел се вземат предвид много различни параметри, вариращи от напречното сечение на жилата до изолационния материал. Защо е важно да се знаят подробности като материал на черупката? В крайна сметка основната му функция е да предпазва от токов удар. Ако изолацията отговаря на задачата, тогава трябва да се обърне повече внимание на по-важните характеристики на кабела. За съжаление мнозина правят тази грешка, всъщност допустимата температура на нагряване на кабела и изолационния материал са необичайно свързани. Всеки тип защитна обвивка е проектирана за определена температура, ако надвишава определени стойности, тогава процесът на стареене на изолацията се ускорява. Това се отразява сериозно на живота на кабела, а не рядко и на оборудването, свързано с него. 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 проводящи жила, имат свои собствени физически характеристики. Те имат различна плътност, топлинен капацитет, топлопроводимост. В резултат на това това се отразява на способността им да издържат на топлина, така че вулканизиращият полиетилен може да поддържа работните си характеристики до 90 ° C. От друга страна, гумената изолация е в състояние да издържи значително по-ниско температурно натоварване - само 65ºС. Допустимата температура за нагряване на кабел с PVC 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 максимално допустимата температура за кабели с постно и вискозно импрегниране е 80ºС;
• за напрежение 6 kV, изолация с вискозно импрегниране издържа 65ºС, с изчерпана 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, условията на работа. Друг от изолационните материали, търсени днес в електрическата индустрия, е омреженият полиетилен. Той има сложна структура, която осигурява уникални експлоатационни характеристики. Допустимата температура на нагряване на кабела и XLPE изолацията е 70ºС. Един от лидерите в този параметър е силиконовата гума, която издържа на 180ºС. До какво може да доведе прегряването на кабела Превишаването на допустимата температура на нагряване на кабела води до факта, че свойствата на изолацията се променят драстично. Започва да се напуква, разпада, което води до риск от късо съединение. Животът на кабела с всяка превишена степен се намалява сериозно. Това изисква по-чести ремонти, разходи, така че е по-добре първоначално да използвате кабела, който е предназначен за решаване на определени проблеми. Но дори и това не е достатъчно, необходимо е редовно да се следи температурата на черупката, особено на онези места, където може да се предположи прегряване. Това може да са места в близост до топлинни тръби или да създават неблагоприятни условия за охлаждане.

За да изберете нагревателен кабел, трябва да разберете на какви технически характеристики трябва да обърнете внимание, както и да разберете какви са нуждите от отопление. В тази статия ще бъдат разгледани основните характеристики на нагревателните кабели за нуждите на тръбите за отопление на водата.

Мощност на нагревателния кабел

Първата характеристика, на която трябва да обърнете внимание, е мощността на нагревателния кабел. Измерва се във ватове на линеен метър и в зависимост от моделите може да бъде от 5 до 150 W / m. Колкото по-голяма е мощността, толкова по-голяма е консумацията на електроенергия и толкова по-голяма е топлинната мощност.

За загряване на водоснабдяването се използват кабели с ниска мощност - от 5 до 25 W / m, в зависимост от това как е монтиран нагревателният кабел и къде преминава водопровода, можете да се съсредоточите върху следната мощност:

• водоснабдяването е положено в земята, кабелът вътре в тръбата е достатъчен 5 W / m
• водопроводът е положен в земята, кабелът е извън тръбата - мощност от 10 W / m
• водоснабдяването се полага през въздуха - от 20 W / m

Тръбата и нагревателният кабел във всички случаи трябва да бъдат изолирани със слой изолация от най-малко 3-5 mm.

В случай на резистивен нагревателен кабел, мощността остава постоянна по цялата му дължина и независимо от температурата на тръбата, но саморегулиращият се кабел намалява консумацията на енергия и нейната температура, ако тръбата вече е нагрята. Това спестява значително количество електроенергия и колкото по-голяма е работната мощност на саморегулиращия се кабел, толкова по-големи са спестяванията.

Зависимостта на топлинната мощност от температурата е показана на графиката.

Графиката показва зависимостта на мощността спрямо температурата за пет различни саморегулиращи се кабела с различни номинални мощности от 15 W/m до 45 W/m. Най-голяма ефективност от използването на такива кабели се получава, когато се използва в условия на разширена водоснабдителна система, която работи при много различни температурни условия. Колкото по-голяма е температурната разлика, толкова по-големи са спестяванията.

Въпреки това, когато загрявате малка част от водопровода, това не е толкова забележимо. Ако водата се подава от кладенец, тогава температурата му, независимо от времето на годината, варира от 2 до 6 градуса, а задачата на нагревателния кабел е просто да предотврати замръзване, тоест да го поддържа на ниво около +5 градуса по Целзий. Това означава, че нагревателният кабел ще работи в температурния диапазон от 0 до 5 градуса, докато разликата в мощността е само няколко вата (от 2 W за кабел с ниска мощност, до 5 W за 45-ватов кабел) .

Температура на нагревателния кабел

Втората важна характеристика е работната температура. Според този показател всички нагревателни кабели са разделени на три категории:

1. Ниска температура с работна температура до 65 градуса
2. Средна температура - 120 градуса
3. Висока температура - до 240 градуса

За отопление на водоснабдяването се използват само нискотемпературни кабели, освен това те никога не работят при температури дори близки до максималните им 65 градуса.

Област на приложение

Според областта на приложение кабелите са разделени на два вида:

1. Храна - само тя може да се използва за монтаж вътре в тръба при отопление на водоснабдителна система, която се използва за битови нужди, доставяща питейна вода.
2. Технически - използва се за монтаж извън тръбата във всеки случай, може да се монтира вътре в тръбата само когато водата не се използва за храна (например в системи за напояване, миене или отопление).

Прочетете също:

• Нагревателните кабели се използват за отопление на водопровод, покриви, корнизи и други елементи, където замръзването на водата през зимата е нежелателно. Най-простият вариант са резистивните нагревателни кабели, те са едножилни и двужилни.
• Саморегулиращите се отоплителни кабели се използват за отопление на водопровод на места, където е положен над нивото на замръзване на почвата - например в точката, където тръбопроводът влиза в къщата. Саморегулиращият се кабел има способността самостоятелно да променя интензивността на нагряване в различни области в зависимост от необходимостта: колкото по-ниска е температурата на нагретия обект, толкова повече кабелът се нагрява.
• Саморегулиращият се нагревателен кабел може да се монтира по различни начини: вътре в тръбата и отвън, поставен по дължината на тръбата или в спирала.
• Термостатът е устройство за превключване на електрическа верига, което се използва за включване и изключване на отоплителни устройства като радиатори, нагревателни кабели в система за подово отопление или в системи против заледяване. По принцип схемата на свързване е една и съща за всички термостати.

Правилно изчислената и правилно изпълнена електрическа мрежа не гарантира изключване на възможността от аварийни ситуации, водещи до неприемливо прегряване на електрическите вериги в случай на късо съединение.

Например, подобна ситуация, както е отбелязано в работата, възниква, когато товарът е свързан към изходната мрежа чрез удължителен кабел. Започвайки от определена дължина на удължителния проводник, добавен към груповата линия, съпротивлението на веригата фаза-нула се увеличава до стойност, при която токът на късо съединение ще бъде по-малък от работния праг на електромагнитното освобождаване на прекъсвача. Ето защо при електрически инсталации е желателно да се вземе предвид възможността за ненормални условия на работа на електрическото окабеляване.

В съответствие с "Гранителните температури на електрическите кабели за номинално напрежение 1 kV при условия на късо съединение", температурата на жилата на кабела (до 300 mm 2 включително) с PVC изолация по време на късо съединение не трябва да надвишава 160 градуса. Постигането на тази температура е разрешено с продължителност на късо съединение до 5 секунди. При такава продължителност на късо съединение изолацията на кабела няма време да се нагрее до същата температура. При по-дълги къси съединения трябва да се намали максималната температура на нагряване на жилата.

Нека разгледаме възникването на подобна ситуация, като използваме примера за използване на автоматичния превключвател от група "C". Време - токовата характеристика на прекъсвача е показана на фиг. 1. В дадените характеристики се разграничават зона "а" - термично освобождаване и зона "b" - електромагнитно освобождаване. Графиката показва две криви 1 и 2 на времето на работа на прекъсвача спрямо тока, които показват границите на технологичното разпространение на параметрите на прекъсвача при неговото производство. За прекъсвачи от група "C" в рамките на технологичното разпределение, съотношението на работния ток на електромагнитното освобождаване към номиналния ток на топлинното освобождаване е в диапазона от 5 до 10. Интересува ни само крива 2 за променлив ток (AC), показващо максималното време на работа на превключвателя. Както може да се види от графиката на фиг. 1, с леко намаляване на тока на късо съединение под работния праг на електромагнитното освобождаване, времето на работа на прекъсвача се определя от термичното освобождаване и достига стойност от реда 6 секунди.

Ориз. 1 Време-токова характеристика на автоматите от група С.

Нека се опитаме да разберем какво се случва с кабелите през периода от време, през който термичното освобождаване се задейства. За да направите това, е необходимо да се изчисли зависимостта на температурата на жилата на кабела от времето на преминаване през тях на токове, близки до прага на работа на електромагнитното освобождаване.

В таблица 1 са дадени изчислените стойности на температурите на жилата на кабела в зависимост от продължителността на късото съединение (при различни токове) за кабел с медни жила с напречно сечение 1,5 кв. мм Кабелът от тази секция се използва широко в осветлението на жилищни и обществени сгради.

За изчисляване на температурите на кабелните жила е използван методът за изчисление от "Изчисляване на термично допустими токове на късо съединение с отчитане на неадиабатично нагряване".

Температурата на жилата на кабела се определя по формулата:

Θ f = (Θ i +β)∙exp(I AD 2 ∙t/K 2 ∙S 2) - β (1)

където Θ f е крайната температура на жилата на кабела около С;

Θ i - начална температура на жилата на кабела около С;

β е реципрочната стойност на температурния коефициент на съпротивление при 0 °C, K, за мед β=234,5;

K е константа в зависимост от материала на проводящия елемент, A s 1/2 /mm 2, за мед K=226;

t - продължителност на късо съединение, s;

S - площ на напречното сечение на проводящата сърцевина, mm 2;

I SC - известен максимален ток на късо съединение (rms стойност), A;

I AD =I SC /ε - ток на късо съединение, определен на базата на адиабатно нагряване (среднеквадратична стойност), A;

ε - коефициент, отчитащ отвеждането на топлината към съседните елементи;

X, Y - константи, използвани в опростената формула за сърцевини и телени екрани, (mm 2 / s) 1/2; mm 2 /s, за кабели с медни проводници и PVC изолация X=0,29 и Y=0,06;

Изчисленията са направени за температурата на кабела преди късото съединение да е 55 градуса. Тази температура съответства на работния ток, преминаващ през кабела преди появата на късо съединение от порядъка на 0,5 - 0,7 от максимално допустимия дълготраен ток при температура на околната среда 30 - 35 градуса. В зависимост от очакваните експлоатационни условия на електрическата инсталация, температурата на жилата на кабела преди късо съединение може да се променя при проектиране на електрическата мрежа.

маса 1

От Таблица 1 се вижда, че максималният ток на късо съединение (ако електромагнитното освобождаване не работи), който не предизвиква нагряване на проводниците над 160 градуса за 6 секунди, е приблизително 100 A. Тоест кабел с напречно сечение от 1,5 mm 2 може да бъде защитено от автоматичен превключвател от групата "C" с номинален ток не повече от 10A.

При производството на кабели напречното сечение на жилата често се подценява. Подценяването на напречното сечение с 10% е често срещано явление. На пазарите не е трудно да се намерят кабели с голямо подценяване на напречното сечение.

Таблица 2 дава изчислените стойности на температурите на жилата на кабела, когато напречното сечение е подценено с 10%. Както се вижда от таблицата, прекъсвачът C10 не защитава такъв кабел със 100 процента надеждност.

За най-критичните съоръжения, особено тези със строителни конструкции от горими материали, е препоръчително да изберете прекъсвач при проектиране на електрическа инсталация съгласно Таблица 3, в която напречните сечения на проводниците са дадени с 20% занижение . Защитата на такива кабели ще бъде осигурена от автоматичния превключвател C6 или B10, при който съотношението на работния ток на електромагнитното освобождаване към номиналния работен ток на топлинното освобождаване е в диапазона от 3 до 5. Това значително ще се увеличи надеждността на електрическото окабеляване.

таблица 2

Таблица 3