A kábel hőmérséklete terhelés alatt. És élt fűtőkábelek

A vezetékeket és a kábeleket, mint vezetőket, a terhelési áram melegíti. A megengedett fűtési hőmérséklet értékét szigetelt vezetékeknél a szigetelés jellemzői, csupasz (csupasz) vezetékeknél - az érintkező csatlakozások megbízhatósága határozza meg. A vezetékek és kábelerek hosszú távú megengedett fűtési hőmérsékletének értékeit + 25 ° C környezeti hőmérsékleten és + 15 ° C föld- vagy vízhőmérsékleten az elektromos szerelési szabályzat (PUE) tartalmazza.

Az adott vezeték vagy kábelmag hosszú távon megengedett hőmérsékletének megfelelő áramerősséget hosszú távon megengedett terhelési áramnak nevezzük ( I kiegészítő). A hosszú távú megengedett áram értékeit a vezetékek és kábelmagok különböző szakaszaira, valamint a fektetésükre vonatkozó különféle feltételeket a PUE és a referencia irodalom tartalmazza. Így a vezetékek és kábelmagok keresztmetszetének fűtéssel történő meghatározása lecsökken a vezeték maximális üzemi áramának és a hosszú távú megengedett terhelési áram táblázatos értékének összehasonlítására:

amely szerint a táblázatokból kiválasztjuk a megfelelő szabványos vezeték- és kábelmag-szelvényt. Ha a környezeti hőmérséklet eltér a táblázatos értékektől, akkor a hosszú távon megengedett áramerősség értékét a korrekciós tényező szorzatával korrigáljuk, amelynek értékeit a PUE és a referencia irodalom szerint vettük.

A fűtési állapotnak megfelelően kiválasztott vezeték- és kábelmag-szakasznak összhangban kell lennie a védelemmel, hogy amikor a vezetéken áram folyik át, amely a megengedett hőmérséklet fölé melegíti, a vezetőt védőberendezés (biztosíték, megszakító) leválasztja. stb.).

A vezetékek és kábelmagok keresztmetszetének kiszámítása és kiválasztása a következő sorrendben történik:

1) a védőeszköz típusa van kiválasztva - biztosíték vagy megszakító;

2) ha biztosítékot választanak, akkor meghatározzák a biztosíték névleges áramát, amelynek két feltételnek kell megfelelnie:

hol a maximális terhelési áram az aszinkron mókuskalitkás motor indításakor (indítóáram);

A motor működési feltételeit jellemző együttható; normál működési feltételek esetén = 2,5; súlyos állapotok esetén = 1,6 ... 2,0.

A biztosítékkör névleges áramának nagyobb számított értékének megfelelően a biztosítékkör névleges áramának standard értéke kerül kiválasztásra;

3) meghatározzák a hosszú távú megengedett terhelési áramot, amely megfelel a biztosítóbiztosíték kiválasztott névleges áramának:

Papírszigetelésű kábelekhez,

Minden más kábelhez és vezetékhez;

ezek az arányok arra az esetre vonatkoznak, amikor a hálózati vezetékek védettek a túlterheléstől. A PUE szerint az ilyen hálózatok közé tartoznak a világítási hálózatok lakó- és középületekben, ipari vállalkozások kereskedelmi és szolgáltató helyiségeiben, valamint tűz- és robbanásveszélyes területeken; Azokban az esetekben, amikor a vezetékeket csak a rövidzárlatoktól kell védeni, az arányt kell kiválasztani:

A hosszú távú megengedett terhelési áram kiszámított értékét felfelé kerekítik a hosszú távú megengedett terhelési áram és a vezetékek vagy kábelmagok megfelelő szabványos keresztmetszete legközelebbi táblázatos értékére;

4) ha védőberendezésként megszakítót választanak, amely megvédi a hálózati vezetékeket a túlterheléstől, akkor a fenti arányok mindegyike érvényes, amelyben a biztosítéki kapcsolat névleges árama helyett a megszakító kioldó névleges áramának kell lennie. jelezni kell;

A kábel maximális megengedett fűtési hőmérséklete nagy jelentőséggel bír, hiszen ettől függ a kábel terhelhetősége, élettartama és megbízhatósága.

Minden típusú kábelszigetelést egy bizonyos hosszú távú megengedett hőmérsékletre terveztek, amelynél a szigetelés öregedése lassú. A kábel fűtési hőmérsékletének a megengedett feletti túllépése felgyorsítja a szigetelés öregedési folyamatát és csökkenti a kábel élettartamát.

A kábel melegítésekor a papírszigetelés a leggyorsabban öregszik, amelynek mechanikai szilárdsága és rugalmassága csökken. A stacioner fektetésű tápkábelek hosszú távú megengedett hőmérsékleteit a táblázat tartalmazza. 17.

17. táblázat
Kábelmagok hosszú távú megengedett fűtési hőmérséklete

Amikor a kábelt terhelés alatt bekapcsolják, először a magjai, majd a szigetelés és a burkolat melegszik fel. Kísérleti mérések kimutatták, hogy a 6 kV-os kábel magja és köpenye közötti hőmérséklet-különbség körülbelül 15 °C, a 10 kV-os kábeleknél pedig -20 °C. Ezért gyakorlati körülmények között általában a köpeny hőmérsékletének mérésére korlátozódnak, tekintettel arra, hogy a kábelmag hőmérséklete 15-20 °C-kal magasabb.

A magok fűtési hőmérséklete számítással is meghatározható a képlet segítségével

ahol t о6 a kábelköpeny hőmérséklete, °С; I - hosszú távú maximális kábelterhelés, A; n a kábelmagok száma; ρ - réz vagy alumínium fajlagos ellenállása a maghőmérséklethez közeli hőmérsékleten, Ohm.mm 2 /m; S K - a kábel szigetelésének és védőburkolatának hőellenállásának összege, Ohm (a referenciakönyvből meghatározva); q - a kábelmag keresztmetszete, mm 2.

A kábelek üzem közbeni felmelegedésének szabályozása az ólom- vagy alumíniumköpeny, illetve páncél hőmérsékletének mérésével történik a kábelút azon helyein, ahol a kábelvezeték a megengedett hőmérsékletekkel szemben feltehetően túlmelegedhet. Ilyen helyek lehetnek a hővezetékek közelében lévő tömítések, nagy hőállóságú környezetben (salak, csövek stb.), ahol a kábelvezeték hűtésére kedvezőtlen feltételek jönnek létre.

A talajba fektetett kábelek felületén javasolt a hőmérséklet mérése hőelemekkel. A hőelemek kábelútra történő felszereléséhez egy 900x900 mm méretű gödröt szakítanak le a gödör egyik falában a kábel tengelye mentén 150-200 mm-es bemélyedéssel. A külső burkolat eltávolítása, a páncél korróziótól való megtisztítása után megbízható kapcsolat jön létre (alacsony olvadáspontú forraszanyaggal vagy fóliával) a hőelem huzallal.

Rizs. 113. Hőmérsékletmérés működő kábel felületén:
1 - kábel, 2 - épület, 3 - hőelem árnyékolás, 4 - fémcső, 5 - hőcső

A mérőhuzalokat gázcsövön keresztül veszik ki, és speciális dobozokhoz csatlakoztatják, majd a gödröt földdel borítják. A kábel felületén történő hőmérsékletmérés sémája az ábrán látható. 113. A vezérelt kábelek felületén hőmérsékletmérés az áramterhelések egyidejű mérésével 2-3 óra elteltével egy napon belül történik.a hűtési feltételek javítása érdekében. Bizonyos esetekben célszerű a túlmelegedett vezetékszakaszt nagy keresztmetszetű kábelre cserélni. A kábelszerkezetekben nyíltan fektetett kábelek hőmérsékletének mérése hagyományos laboratóriumi hőmérővel, a kábelköpenyekre rögzítve végezhető el. Gondosan ellenőrizni kell a környezeti hőmérsékletet és a szellőzés működését a kábelszerkezetekben. A kábelfűtést igény szerint felügyelik.

A kábel kiválasztásakor a magok keresztmetszetétől a szigetelőanyagig sok különböző paramétert vesznek figyelembe. Miért fontos tudni olyan részleteket, mint a héj anyaga? Végül is a fő funkciója az áramütés elleni védelem. Ha a szigetelés megfelel a feladatnak, akkor nagyobb figyelmet kell fordítani a kábel fontosabb tulajdonságaira. Sajnos sokan elkövetik ezt a hibát, sőt, a kábel és a szigetelőanyag megengedett fűtési hőmérséklete szokatlanul összefügg. Minden típusú védőburkolat egy bizonyos hőmérsékletre van kialakítva, ha ez meghalad bizonyos értékeket, akkor a szigetelés öregedési folyamata felgyorsul. Ez súlyosan befolyásolja a kábel élettartamát, és nem ritkán a hozzá csatlakoztatott berendezéseket. A kábel megengedett fűtési hőmérséklete az a paraméter, amelytől nemcsak a kábel terhelhetősége, hanem működésének megbízhatósága is függ. Különböző típusú szigetelésű kábelek megengedett fűtési hőmérséklete A vezetőképes magok szigetelésére használt anyagok mindegyikének megvannak a saját fizikai jellemzői. Különböző sűrűségűek, hőkapacitásuk, hővezető képességük van. Ennek eredményeként ez befolyásolja hőtűrő képességüket, így a vulkanizáló polietilén 90 ° C-ig megőrzi teljesítményjellemzőit. Másrészt a gumiszigetelés lényegesen alacsonyabb hőmérsékleti terhelést képes ellenállni - csak 65ºС. A PVC kábel fűtésének megengedett hőmérséklete 70 fok, és ez az egyik legoptimálisabb mutató. Az egyik legfontosabb mutató a kábel megengedett fűtési hőmérséklete c. Ezt a kábeltípust rendkívül széles körben használják, és különféle feszültségekkel való működésre tervezték. Éppen ezért óvatosnak kell lenni ebben a jellemzőben, ez a következőképpen változik:

• 1-2 kV feszültség esetén a sovány és viszkózus impregnálással rendelkező kábelek maximális megengedett hőmérséklete 80ºС;
• 6 kV feszültség esetén a viszkózus impregnálással ellátott szigetelés 65ºС-ot, a kimerült impregnálással 75ºС-ot ellenáll;
• 10 kV feszültség esetén a megengedett hőmérséklet 60ºС;
• 20 kV feszültség esetén a megengedett hőmérséklet 55ºС;
• 35 kV feszültség esetén a megengedett hőmérséklet 50ºС.

Mindez fokozott figyelmet igényel a kábel hosszú távú maximális terhelésére, az üzemi feltételekre. Az elektromos iparban manapság keresett másik szigetelőanyag a térhálósított polietilén. Bonyolult szerkezettel rendelkezik, amely egyedi teljesítményjellemzőket biztosít. A kábel és az XLPE szigetelés megengedett fűtési hőmérséklete 70ºС. Ennek a paraméternek az egyik vezetője a szilikongumi, amely 180ºС-ot képes ellenállni. Mihez vezethet a kábel túlmelegedése? A kábel megengedett fűtési hőmérsékletének túllépése ahhoz vezet, hogy a szigetelés tulajdonságai drámaian megváltoznak. Elkezd repedni, összeomlani, ami rövidzárlat kockázatát eredményezi. A kábel élettartama minden egyes fokozat túllépése esetén jelentősen csökken. Ez gyakoribb javításokat, költségeket igényel, ezért jobb kezdetben azt a kábelt használni, amelyet bizonyos problémák megoldására terveztek. De még ez sem elég, rendszeresen ellenőrizni kell a héj hőmérsékletét, különösen azokon a helyeken, ahol túlmelegedés feltételezhető. Ezek lehetnek hőcsövek közelében lévő helyek, vagy kedvezőtlen hűtési feltételeket teremthetnek.

A fűtőkábel kiválasztásához meg kell értenie, hogy milyen műszaki jellemzőkre kell figyelnie, valamint meg kell értenie, milyen fűtési igényei vannak. Ez a cikk megvitatja a fűtőkábelek fő jellemzőit a fűtővízcsövek igényeihez.

Fűtőkábel tápellátása

Az első jellemző, amire figyelni kell, a fűtőkábel teljesítménye. Ezt watt per lineáris méterben mérik, és modelltől függően 5 és 150 W / m között lehet. Minél nagyobb a teljesítmény, annál nagyobb a villamosenergia-fogyasztás és a hőteljesítmény.

A vízellátás melegítéséhez alacsony teljesítményű kábeleket használnak - 5 és 25 W / m között, attól függően, hogy a fűtőkábel hogyan van felszerelve, és hol halad a vízellátás, a következő teljesítményre összpontosíthat:

• a vízellátást a talajba helyezik, a cső belsejében lévő kábel elegendő 5 W / m
• a vízellátást a talajba helyezik, a kábel a csövön kívül van - teljesítmény 10 W / m-től
• a vízellátás a levegőn keresztül történik - 20 W / m-től

A csövet és a fűtőkábelt minden esetben legalább 3-5 mm-es szigetelőréteggel kell szigetelni.

Rezisztív fűtőkábel esetén a teljesítmény a teljes hosszában és a cső hőmérsékletétől függetlenül állandó marad, de az önszabályozó kábel csökkenti az áramfelvételt és annak hőmérsékletét, ha a cső már fel van fűtve. Ezzel jelentős mennyiségű villamos energia takarítható meg, és minél nagyobb az önszabályozó kábel üzemi teljesítménye, annál nagyobb a megtakarítás.

A fűtési teljesítmény hőmérséklettől való függése a grafikonon látható.

A grafikon öt különböző, 15 W/m-től 45 W/m-ig terjedő névleges teljesítményű önszabályozó kábel teljesítményét mutatja a hőmérséklet függvényében. Az ilyen kábelek használatának legnagyobb hatékonysága akkor érhető el, ha kiterjesztett vízellátó rendszerben használják, amely nagyon eltérő hőmérsékleti viszonyok között működik. Minél nagyobb a hőmérséklet-különbség, annál nagyobb a megtakarítás.

A vízellátás egy kis részének melegítésekor azonban ez nem annyira észrevehető. Ha kútból táplálják a vizet, akkor annak hőmérséklete az évszaktól függetlenül 2 és 6 fok között mozog, és a fűtőkábel feladata egyszerűen az, hogy megakadályozza a befagyást, vagyis szinten tartsa. +5 Celsius fok körüli. Ez azt jelenti, hogy a fűtőkábel 0 és 5 fok közötti hőmérsékleti tartományban fog működni, miközben a teljesítménykülönbség csak néhány watt (2 W-tól kis teljesítményű kábelnél, 5 W-ig egy 45 wattos kábelnél) .

Fűtőkábel hőmérséklete

A második fontos jellemző az üzemi hőmérséklet. E mutató szerint az összes fűtőkábel három kategóriába sorolható:

1. Alacsony hőmérséklet akár 65 fokos üzemi hőmérséklettel
2. Közepes hőmérséklet - 120 fok
3. Magas hőmérséklet - akár 240 fok

A vízellátás fűtésére csak alacsony hőmérsékletű kábeleket használnak, ráadásul soha nem működnek a maximum 65 fokhoz közeli hőmérsékleten sem.

Alkalmazási terület

Az alkalmazási terület szerint a kábelek két típusra oszthatók:

1. Élelmiszer - csak csőbe történő beépítésre használható, ha háztartási szükségletekre, ivóvízellátásra használt vízellátó rendszert melegítenek.
2. Műszaki - minden esetben a csövön kívüli szerelésre szolgál, a cső belsejébe csak akkor szerelhető fel, ha nem használnak vizet élelmiszerhez (például öntöző-, mosó- vagy fűtési rendszerekben).

Olvassa el még:

• A fűtőkábeleket vízvezetékek, tetőfedések, párkányok és egyéb olyan elemek fűtésére használják, ahol a víz télen nem kívánatos. A legegyszerűbb megoldás az ellenállásos fűtőkábelek, ezek egyeres és kéteresek.
• Az önszabályozó fűtőkábelek a vízvezeték fűtésére szolgálnak olyan helyeken, ahol azt a talaj fagyszintje felett helyezik el - például ott, ahol a csővezeték belép a házba. Az önszabályozó kábel képes önállóan megváltoztatni a fűtés intenzitását a különböző területeken az igénytől függően: minél alacsonyabb a fűtött tárgy hőmérséklete, annál jobban felmelegszik a kábel.
• Az önszabályozó fűtőkábel többféleképpen telepíthető: a cső belsejében és kívül, a cső mentén vagy spirálban elhelyezve.
• A termosztát egy elektromos áramköri kapcsolóeszköz, amely fűtőberendezések, például radiátorok, fűtőkábelek be- és kikapcsolására szolgál padlófűtési rendszerben vagy jégmentesítő rendszerekben. A bekötési rajz elvileg minden termosztátnál azonos.

A helyesen kiszámított és megfelelően kivitelezett elektromos hálózat nem garantálja az olyan vészhelyzetek lehetőségének kizárását, amelyek rövidzárlat esetén az elektromos áramkörök elfogadhatatlan túlmelegedéséhez vezetnek.

Például egy hasonló helyzet, amint azt a mű megjegyzi, akkor fordul elő, ha a terhelést hosszabbítón keresztül csatlakoztatják a konnektorhálózathoz. A csoportvonalhoz adott hosszabbító vezeték egy bizonyos hosszától kezdve a fázis-nulla áramkör ellenállása olyan értékre nő, amelynél a rövidzárlati áram kisebb lesz, mint a megszakító elektromágneses kioldásának működési küszöbe. Ezért az elektromos berendezéseknél kívánatos figyelembe venni az elektromos vezetékek rendellenes működési feltételeinek lehetőségét.

Az "Elektromos kábelek határhőmérséklete 1 kV névleges feszültséghez rövidzárlati körülmények között" című dokumentumnak megfelelően a PVC-szigeteléssel ellátott kábelmagok hőmérséklete (300 mm 2 -ig) rövidzárlat esetén nem haladhatja meg a 160 fokot. Ezt a hőmérsékletet legfeljebb 5 másodperces rövidzárlattal lehet elérni. Ilyen rövidzárlati időtartam mellett a kábelszigetelésnek nincs ideje ugyanarra a hőmérsékletre felmelegedni. Hosszabb zárlat esetén csökkenteni kell a magok maximális fűtési hőmérsékletét.

Tekintsük egy hasonló helyzet előfordulását a „C” csoport automatikus kapcsolójának használatával. Idő – a megszakító áram karakterisztikája az ábrán látható. 1. A megadott jellemzőkben megkülönböztetünk "a" zónát - hőkioldó és "b" zónát - elektromágneses kioldást. A grafikonon a megszakító működési idejének az áram függvényében két 1. és 2. görbéje látható, amelyek a megszakító paramétereinek technológiai elterjedésének határait mutatják a gyártás során. A technológiai terjedelemben a „C” csoportba tartozó megszakítók esetében az elektromágneses kioldó üzemi áramának és a termikus kioldó névleges áramának aránya 5 és 10 között van. A váltakozó áramra csak a 2. görbe érdekel. (AC), amely a kapcsoló maximális működési idejét mutatja. ábrán látható grafikonon látható. 1, a rövidzárlati áram enyhe csökkenésével az elektromágneses kioldás működési küszöbe alá, a megszakító működési idejét a hőkioldás határozza meg, és eléri a rendes értéket. 6 másodperc.

Rizs. 1 Idő - áramjellemző a C csoport automatáira.

Próbáljuk meg kideríteni, mi történik a kábelekkel a hőkioldó kioldásának időtartama alatt. Ehhez ki kell számítani a kábelmagok hőmérsékletének függőségét az elektromágneses kioldás működési küszöbéhez közeli áramok áthaladásának idejétől.

Az 1. táblázat tartalmazza a kábelmagok hőmérsékletének számított értékeit a rövidzár időtartamától függően (különböző áramerősségek mellett) egy 1,5 négyzetméter keresztmetszetű rézmagos kábel esetén. mm. Ennek a szakasznak a kábelét széles körben használják lakó- és középületek világítására.

A kábelmagok hőmérsékletének kiszámításához "A termikusan megengedett zárlati áramok számítása a nem adiabatikus fűtés figyelembevételével" című számítási módszert alkalmazták.

A kábelmagok hőmérsékletét a következő képlet határozza meg:

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

ahol Θ f a kábelmagok végső hőmérséklete C körül;

Θ i - a kábelmagok kezdeti hőmérséklete körülbelül C;

β az ellenállás hőmérsékleti együtthatójának reciproka 0 °C-on, K, réz esetén β=234,5;

K a vezető elem anyagától függő állandó, A s 1/2 /mm 2, réznél K=226;

t - rövidzárlat időtartama, s;

S - a vezetőmag keresztmetszete, mm 2;

I SC - ismert maximális rövidzárlati áram (effektív érték), A;

I AD =I SC /ε - zárlati áram, adiabatikus fűtés alapján (effektív érték), A;

ε - együttható, amely figyelembe veszi a szomszédos elemek hőelvonását;

X, Y - az egyszerűsített képletben használt állandók a magokhoz és a huzalszűrőkhöz, (mm 2 / s) 1/2; mm 2 /s, rézvezetős és PVC szigetelésű kábeleknél X=0,29 és Y=0,06;

A számítások a kábel hőmérsékletére vonatkoznak, mielőtt a rövidzárlat 55 fok. Ez a hőmérséklet a kábelen áthaladó üzemi áramnak felel meg, mielőtt a rövidzárlat bekövetkezne, a maximálisan megengedhető hosszú távú áram 0,5–0,7-e 30–35 fokos környezeti hőmérsékleten. A villamos szerelés várható üzemi körülményeitől függően az elektromos hálózat tervezésekor a rövidzárlat előtti kábelerek hőmérséklete módosítható.

Asztal 1

Az 1. táblázatból látható, hogy a maximális zárlati áram (ha az elektromágneses kioldó nem működik), amely nem okoz 6 másodperc alatt a vezetők 160 fok fölé melegedését, körülbelül 100 A. Vagyis egy olyan kábel az 1,5 mm 2 keresztmetszet a "C" csoport automatikus kapcsolójával védhető, amelynek névleges árama legfeljebb 10 A.

A kábelek gyártása során gyakran alábecsülik a magok keresztmetszetét. A keresztmetszet 10%-kal való alábecsülése gyakori jelenség. A piacokon nem nehéz olyan kábeleket találni, amelyek keresztmetszetét nagymértékben alábecsülik.

A 2. táblázat tartalmazza a kábelmagok hőmérsékletének számított értékeit, ha a keresztmetszet 10%-kal alábecsült. Amint a táblázatból látható, a C10 megszakító nem védi meg 100 százalékos megbízhatósággal az ilyen kábelt.

A legkritikusabb létesítményeknél, különösen az éghető anyagból épült épületszerkezeteknél, a 3. táblázat szerinti villanyszerelés tervezésekor célszerű megszakítót választani, amelyben a vezetékek keresztmetszete 20%-os alábecsüléssel van megadva. . Az ilyen kábelek védelmét a C6 vagy B10 automata kapcsoló biztosítja, amelyben az elektromágneses kioldó üzemi áramának és a hőkioldó névleges üzemi áramának aránya 3 és 5 között van. Ez jelentősen megnő. az elektromos vezetékek megbízhatósága.

2. táblázat

3. táblázat