Teplota kabelu při zatížení. A žil topné kabely

Dráty a kabely, které jsou vodiči, jsou ohřívány zatěžovacím proudem. Hodnota přípustné teploty ohřevu pro izolované vodiče je určena vlastnostmi izolace, pro holé (holé) dráty - spolehlivostí kontaktních spojení. Hodnoty dlouhodobě přípustné teploty ohřevu vodičů a žil kabelů při okolní teplotě + 25ºС a teplotě země nebo vody + 15ºС jsou uvedeny v pravidlech elektrické instalace (PUE).

Velikost proudu odpovídající dlouhodobě přípustné teplotě daného drátu nebo jádra kabelu se nazývá dlouhodobě přípustný zatěžovací proud ( I dodatečná). Hodnoty dlouhodobě přípustného proudu pro různé průřezy vodičů a kabelových jader, jakož i různé podmínky pro jejich pokládku, jsou uvedeny v PUE a referenční literatuře. Stanovení průřezu vodičů a žil kabelů ohřevem se tedy redukuje na porovnání maximálního provozního proudu vedení s tabulkovou hodnotou dlouhodobě přípustného zatěžovacího proudu:

podle kterého se z tabulek vybere odpovídající standardní průřez vodičů a kabelových žil. Pokud se okolní teplota liší od tabulkových hodnot, je hodnota dlouhodobě přípustného proudu korigována vynásobením korekčním faktorem, jehož hodnoty jsou brány podle PUE a referenční literatury.

Úsek žil vodičů a kabelů zvolený podle topného stavu musí být v souladu s ochranou tak, aby při průchodu proudu vodičem, který jej ohřeje nad přípustnou teplotu, byl vodič odpojen ochranným zařízením (pojistka, jistič , atd.).

Výpočet a výběr průřezů vodičů a kabelových jader se provádí v následujícím pořadí:

1) je zvolen typ ochranného zařízení - pojistka nebo jistič;

2) pokud je vybrána pojistka, určí se jmenovitý proud její pojistky, který musí splňovat dvě podmínky:

kde je maximální zatěžovací proud při spouštění asynchronního motoru s kotvou nakrátko (jeho rozběhový proud);

Koeficient charakterizující provozní podmínky motoru; pro normální provozní podmínky = 2,5; pro těžké stavy = 1,6 ... 2,0.

Podle větší vypočtené hodnoty jmenovitého proudu pojistkové vložky se volí standardní hodnota jmenovitého proudu pojistkové vložky;

3) je určen dlouhodobý přípustný zatěžovací proud odpovídající zvolenému jmenovitému proudu pojistky:

Pro kabely s papírovou izolací,

Pro všechny ostatní kabely a vodiče;

tyto poměry jsou brány pro případ, kdy jsou síťové vodiče chráněny před přetížením. Podle PUE tyto sítě zahrnují osvětlovací sítě v obytných a veřejných budovách, obchodních a servisních prostorách průmyslových podniků, jakož i v oblastech s nebezpečím požáru a výbuchu; pro případy, kdy je nutné chránit vodiče pouze před zkraty, je zvolen poměr:

Získaná vypočtená hodnota dlouhodobě dovoleného zatěžovacího proudu se zaokrouhlí nahoru na nejbližší tabulkovou hodnotu dlouhodobě povoleného zatěžovacího proudu a odpovídající normovaný průřez vodičů nebo žil kabelu;

4) je-li jako ochranné zařízení zvolen jistič a ten chrání vodiče sítě před přetížením, pak platí všechny výše uvedené poměry, ve kterých musí být místo jmenovitého proudu pojistkové vložky jmenovitý proud spouště jističe. být uvedeno;

Maximální přípustná teplota ohřevu kabelu je velmi důležitá, protože na ní závisí nosnost, životnost a spolehlivost kabelu.

Každý typ izolace kabelu je navržen pro určitou dlouhodobě přípustnou teplotu, při které je stárnutí izolace pomalé. Překročení teploty ohřevu kabelu nad povolenou urychluje proces stárnutí izolace a snižuje životnost kabelu.

Při zahřívání kabelu nejrychleji stárne papírová izolace, jejíž mechanická pevnost a elasticita klesá. Dlouhodobě přípustné teploty pro silové kabely stacionárního uložení jsou uvedeny v tabulce. 17.

Tabulka 17
Dlouhodobě přípustná teplota ohřevu žil kabelu

Při zapnutí kabelu pod zatížením se nejprve zahřejí jeho jádra a poté izolace a plášť. Experimentální měření prokázalo, že teplotní rozdíl mezi jádrem a pláštěm kabelu 6 kV je přibližně 15 ° C a pro kabely 10 kV - 20 ° C. V praktických podmínkách se proto obvykle omezují na měření teploty pláště, vzhledem k tomu, že teplota jádra kabelu je o 15-20 °C vyšší.

Teplotu ohřevu jader lze také určit výpočtem pomocí vzorce

kde t о6 je teplota na plášti kabelu, °С; I - dlouhodobé maximální zatížení kabelu, A; n je počet žil kabelu; ρ - měrný odpor mědi nebo hliníku při teplotě blízké teplotě jádra, Ohm.mm 2 /m; S K - součet tepelných odporů izolace a ochranných krytů kabelu, Ohm (určeno z referenční knihy); q - průřez jádra kabelu, mm 2.

Kontrola ohřevu kabelů za provozu se provádí měřením teploty olověného nebo hliníkového pláště, případně pancíře v těch místech kabelové trasy, kde se pravděpodobně může kabelové vedení přehřívat proti přípustným teplotám. Takovými místy mohou být těsnění v blízkosti teplovodů, v prostředí s vysokým tepelným odporem (struska, potrubí apod.), kde jsou vytvořeny nepříznivé podmínky pro chlazení kabelového vedení.

Teplotu na povrchu kabelů uložených v zemi se doporučuje měřit termočlánky. Pro instalaci termočlánků na kabelovou trasu se v jedné ze stěn jímky podél osy kabelu odtrhne jímka o rozměrech 900x900 mm s vybráním 150-200 mm. Po sejmutí vnějšího krytu, vyčištění pancíře od koroze se vytvoří spolehlivý kontakt (nízkotavnou pájkou nebo fólií) s drátem termočlánku.

Rýže. 113. Měření teploty na povrchu pracovního kabelu:
1 – kabel, 2 – budova, 3 – stínění termočlánků, 4 – kovová trubka, 5 – tepelná trubice

Měřicí dráty jsou vyvedeny plynovým potrubím a připojeny ke speciálním krabicím, po kterých je jáma pokryta zemí. Schéma měření teploty na povrchu kabelu je na Obr. 113. Měření teploty na povrchu řízených kabelů se současným měřením proudového zatížení se provádí během dne po 2-3 hodinách pro zlepšení podmínek chlazení. V některých případech je vhodné nahradit přehřátou část vedení kabelem velkého průřezu. Měření teploty kabelů otevřených v kabelových konstrukcích lze provádět běžným laboratorním teploměrem, který se připevňuje na pláště kabelů. V kabelových konstrukcích je nutné pečlivě sledovat okolní teplotu a provoz ventilace. Ohřev kabelů je hlídán podle potřeby.

Při výběru kabelu se bere v úvahu mnoho různých parametrů, od průřezu žil až po izolační materiál. Proč je důležité znát detaily, jako je materiál pláště? Koneckonců, jeho hlavní funkcí je ochrana před úrazem elektrickým proudem. Pokud je izolace vhodná, je třeba věnovat více pozornosti důležitějším charakteristikám kabelu. Bohužel tuto chybu mnozí dělají, ve skutečnosti spolu přípustná teplota ohřevu kabelu a izolačního materiálu neobvykle souvisí. Každý typ ochranného pláště je určen pro určitou teplotu, pokud překročí určité hodnoty, pak se urychlí proces stárnutí izolace. To vážně ovlivňuje životnost kabelu a nezřídka i zařízení s ním spojeného. Přípustná teplota ohřevu kabelu je parametr, na kterém závisí nejen nosnost kabelu, ale také spolehlivost jeho provozu. Přípustná teplota ohřevu kabelu s různými typy izolace Všechny typy materiálů používaných jako izolace vodivých vodičů mají své vlastní fyzikální vlastnosti. Mají různou hustotu, tepelnou kapacitu, tepelnou vodivost. V důsledku to ovlivňuje jejich schopnost odolávat teplu, takže vulkanizační polyethylen si může zachovat své výkonnostní charakteristiky až do 90 °C. Na druhou stranu je pryžová izolace schopna odolat výrazně nižšímu teplotnímu zatížení - pouze 65ºС. Přípustná teplota pro ohřev kabelu s PVC je 70 stupňů a to je jeden z nejoptimálnějších ukazatelů. Jedním z nejdůležitějších ukazatelů je přípustná teplota ohřevu kabelu c. Tento typ kabelu se používá extrémně široce a je navržen pro práci s různými napětími. Proto byste měli být opatrní v této charakteristice, mění se následovně:

• pro napětí 1-2 kV je maximální povolená teplota pro kabely s chudou a viskózní impregnací 80ºС;
• pro napětí 6 kV izolace s viskózní impregnací odolává 65ºС, s vyčerpanou impregnací 75ºС;
• pro napětí 10 kV je přípustná teplota 60ºС;
• pro napětí 20 kV je přípustná teplota 55ºС;
• pro napětí 35 kV je povolená teplota 50ºС.

To vše vyžaduje zvýšenou pozornost na dlouhodobé maximální zatížení kabelu, provozní podmínky. Dalším z dnes žádaných izolačních materiálů v elektrotechnickém průmyslu je zesíťovaný polyethylen. Má komplexní strukturu, která poskytuje jedinečné výkonnostní charakteristiky. Přípustná teplota ohřevu kabelu a izolace XLPE je 70ºС. Jedním z lídrů v tomto parametru je silikonová pryž, která vydrží 180ºС. Co může vést k přehřátí kabelu Překročení povolené teploty ohřevu kabelu vede k tomu, že se vlastnosti izolace dramaticky změní. Začíná praskat, drolit se, což má za následek riziko zkratu. Životnost kabelu s každým překročením stupně se vážně snižuje. To vyžaduje častější opravy, náklady, takže je lepší zpočátku použít kabel, který je určen k řešení určitých problémů. Ani to ale nestačí, je potřeba pravidelně hlídat teplotu skořápky, zejména v těch místech, kde lze předpokládat přehřívání. Mohou to být místa v blízkosti tepelných trubic nebo vytvářet nepříznivé podmínky pro chlazení.

Chcete-li vybrat topný kabel, musíte pochopit, jaké technické vlastnosti musíte věnovat pozornost, a také pochopit, jaké jsou vaše potřeby vytápění. Tento článek pojednává o hlavních charakteristikách topných kabelů pro potřeby potrubí topné vody.

Napájení topného kabelu

První charakteristikou, které je třeba věnovat pozornost, je výkon topného kabelu. Měří se ve wattech na lineární metr a v závislosti na modelu může být od 5 do 150 W / m. Čím větší výkon, tím větší spotřeba elektřiny a větší tepelný výkon.

Nízkoenergetické kabely se používají k ohřevu přívodu vody - od 5 do 25 W / m, v závislosti na tom, jak je topný kabel instalován a kudy prochází přívod vody, se můžete zaměřit na následující výkon:

• přívod vody je položen v zemi, kabel uvnitř potrubí stačí 5 W / m
• přívod vody je uložen v zemi, kabel je mimo potrubí - výkon od 10W/m
• přívod vody je položen vzduchem - od 20 W / m

Potrubí a topný kabel musí být ve všech případech izolovány vrstvou izolace minimálně 3-5 mm.

V případě odporového topného kabelu zůstává výkon konstantní po celé délce a bez ohledu na teplotu potrubí, ale samoregulační kabel snižuje spotřebu energie a její teplotu, pokud je potrubí již zahřáté. Tím se ušetří značné množství elektrické energie a čím větší pracovní výkon samoregulačního kabelu, tím větší úspora.

Závislost topného výkonu na teplotě je znázorněna v grafu.

Graf ukazuje výkon v závislosti na teplotě pro pět různých samoregulačních kabelů s různými jmenovitými výkony od 15 W/m do 45 W/m. Největší účinnosti z použití takových kabelů se dosáhne při použití v podmínkách rozšířeného systému zásobování vodou, který běží ve velmi rozdílných teplotních podmínkách. Čím větší teplotní rozdíl, tím větší úspora.

Při ohřevu malého úseku vodovodu to však není tak patrné. Pokud je voda přiváděna ze studny, pak se její teplota bez ohledu na roční období pohybuje od 2 do 6 stupňů a úkolem topného kabelu je jednoduše zabránit jejímu zamrznutí, tedy udržovat ji na úrovni kolem +5 stupňů Celsia. To znamená, že topný kabel bude pracovat v rozsahu teplot od 0 do 5 stupňů, přičemž rozdíl ve výkonu je jen několik wattů (od 2 W pro kabel s nízkou spotřebou, do 5 W pro kabel s výkonem 45 W) .

Teplota topného kabelu

Druhou důležitou charakteristikou je provozní teplota. Podle tohoto ukazatele jsou všechny topné kabely rozděleny do tří kategorií:

1. Nízká teplota s provozní teplotou do 65 stupňů
2. Střední teplota - 120 stupňů
3. Vysoká teplota - až 240 stupňů

Pro ohřev vody se používají pouze nízkoteplotní kabely, navíc nikdy nepracují při teplotách ani blízkých jejich maximu 65 stupňů.

Oblast použití

Podle oblasti použití se kabely dělí na dva typy:

1. Potraviny - pouze je lze použít pro instalaci uvnitř potrubí při ohřevu vodovodního systému, který se používá pro domácí potřeby, zásobující pitnou vodou.
2. Technická - v každém případě se používá pro montáž mimo potrubí, lze ji namontovat dovnitř potrubí pouze v případě, že se voda nepoužívá pro potraviny (například v zavlažovacích, mycích nebo topných systémech).

Přečtěte si také:

• Topné kabely se používají pro vytápění vodoinstalací, střešních krytin, říms a dalších prvků, kde je nežádoucí zamrzání vody v zimě. Nejjednodušší variantou jsou odporové topné kabely, jsou jednožilové a dvoužilové.
• Samoregulační topné kabely se používají k vytápění vodovodního potrubí v místech, kde jsou položeny nad úrovní mrazu půdy - například v místě, kde potrubí vstupuje do domu. Samoregulační kabel má schopnost nezávisle měnit intenzitu vytápění v různých oblastech v závislosti na potřebě: čím nižší je teplota vytápěného objektu, tím více se kabel zahřívá.
• Samoregulační topný kabel může být instalován různými způsoby: uvnitř potrubí a vně, umístěn podél potrubí nebo ve spirále.
• Termostat je spínací zařízení elektrického obvodu, které se používá k zapínání a vypínání topných zařízení, jako jsou radiátory, topné kabely v systému podlahového vytápění nebo v systémech proti námraze. Schéma zapojení je v zásadě stejné pro všechny termostaty.

Správně vypočítaná a správně provedená elektrická síť nezaručuje vyloučení možnosti havarijních situací vedoucích k nepřijatelnému přehřátí elektrických obvodů v případě zkratu.

Například podobná situace, jak je uvedeno v práci, nastane, když je zátěž připojena k výstupní síti pomocí prodlužovacího kabelu. Počínaje určitou délkou prodlužovacího vodiče přidaného ke skupinovému vedení se odpor obvodu fáze-nula zvyšuje na hodnotu, při které bude zkratový proud menší než provozní práh elektromagnetické spouště jističe. Proto je při elektroinstalacích žádoucí vzít v úvahu možnost abnormálních provozních podmínek elektrického vedení.

V souladu s "Mezní teploty elektrických kabelů pro jmenovité napětí 1 kV za podmínek zkratu" by teplota žil kabelů (do 300 mm 2 včetně) s PVC izolací při zkratu neměla překročit 160 stupňů. Dosažení této teploty je povoleno s dobou trvání zkratu do 5 sekund. Při takovém trvání zkratu se izolace kabelu nestihne zahřát na stejnou teplotu. Při delších zkratech je třeba snížit maximální teplotu ohřevu vodičů.

Uvažujme výskyt podobné situace na příkladu použití automatického spínače skupiny "C". Čas - proudová charakteristika jističe je na Obr. 1. V uvedených charakteristikách se rozlišuje zóna "a" - tepelná spoušť a zóna "b" - elektromagnetická spoušť. V grafu jsou znázorněny dvě křivky 1 a 2 doby chodu jističe v závislosti na proudu, které ukazují meze technologického rozšíření parametrů jističe při jeho výrobě. U jističů skupiny "C" v rámci technologického rozpětí je poměr vypínacího proudu elektromagnetické spouště k jmenovitému proudu tepelné spouště v rozsahu od 5 do 10. Nás zajímá pouze křivka 2 pro střídavý proud (AC), zobrazující maximální dobu provozu spínače. Jak je vidět z grafu na Obr. 1, při mírném poklesu zkratového proudu pod pracovní práh elektromagnetické spouště je doba vypínání jističe určena tepelnou spouští a dosahuje hodnoty řádu 6 sekund.

Rýže. 1 Časově aktuální charakteristika automatů skupiny C.

Pokusme se zjistit, co se děje s kabely během doby, během níž sepne tepelný spínač. K tomu je nutné vypočítat závislost teploty žil kabelu na době průchodu proudů blízkých prahu provozu elektromagnetického uvolnění.

Tabulka 1 uvádí vypočtené hodnoty teplot žil kabelu v závislosti na době trvání zkratu (při různých proudech) pro kabel s měděnými jádry o průřezu 1,5 m2. mm. Kabel této sekce je široce používán při osvětlení obytných a veřejných budov.

Pro výpočet teplot žil kabelů byla použita metoda výpočtu z "Výpočet tepelně přípustných zkratových proudů s přihlédnutím k neadiabatickému ohřevu".

Teplota žil kabelu je určena vzorcem:

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

kde Θ f je konečná teplota žil kabelu kolem C;

Θ i - počáteční teplota žil kabelu cca C;

β je převrácená hodnota teplotního koeficientu odporu při 0 °C, K, pro měď β=234,5;

K je konstanta v závislosti na materiálu vodivého prvku, A s 1/2 /mm 2, pro měď K=226;

t - trvání zkratu, s;

S - plocha průřezu vodivého jádra, mm 2;

I SC - známý maximální zkratový proud (efektivní hodnota), A;

I AD =I SC /ε - zkratový proud, stanovený na základě adiabatického ohřevu (efektivní hodnota), A;

ε - součinitel zohledňující odvod tepla do sousedních prvků;

X, Y - konstanty použité ve zjednodušeném vzorci pro jádra a drátěná síta, (mm 2 / s) 1/2; mm 2 /s, pro kabely s měděnými vodiči a PVC izolací X=0,29 a Y=0,06;

Výpočty se provádějí pro teplotu kabelu před zkratem 55 stupňů. Tato teplota odpovídá provoznímu proudu procházejícímu kabelem před vznikem zkratu v řádu 0,5 - 0,7 maximálního dovoleného dlouhodobého proudu při teplotě okolí 30 - 35 stupňů. V závislosti na předpokládaných provozních podmínkách elektroinstalace lze při návrhu elektrické sítě měnit teplotu žil kabelu před zkratem.

stůl 1

Z tabulky 1 je vidět, že maximální zkratový proud (pokud nepracuje elektromagnetická spoušť), který nezpůsobí zahřátí vodičů nad 160 stupňů za 6 sekund, je přibližně 100 A. Tedy kabel s průřez 1,5 mm 2 může být chráněn automatickým spínačem skupiny " C" se jmenovitým proudem do 10A.

Při výrobě kabelů se často podceňuje průřez žil. Běžným jevem je podhodnocení průřezu o 10 %. Na trzích není těžké najít kabely s velkým podceněním průřezu.

Tabulka 2 uvádí vypočtené hodnoty teplot žil kabelu, když je průřez podhodnocen o 10 %. Jak je vidět z tabulky, jistič C10 takový kabel se stoprocentní spolehlivostí nechrání.

Pro nejkritičtější zařízení, zejména se stavebními konstrukcemi z hořlavých materiálů, je vhodné zvolit jistič při návrhu elektroinstalace podle tabulky 3, ve které jsou průřezy vodičů uvedeny s 20% podhodnocením. . Ochranu takových kabelů zajistí automatický spínač C6 nebo B10, u kterého je poměr pracovního proudu elektromagnetické spouště k jmenovitému provoznímu proudu tepelné spouště v rozmezí od 3 do 5. Tím se výrazně zvýší spolehlivost elektrického vedení.

tabulka 2

Tabulka 3