Suhu kabel di bawah beban. Dan kabel pemanas hidup

Kawat dan kabel, sebagai konduktor, dipanaskan oleh arus beban. Nilai suhu pemanasan yang diizinkan untuk konduktor berinsulasi ditentukan oleh karakteristik insulasi, untuk kabel telanjang (telanjang) - oleh keandalan koneksi kontak. Nilai suhu pemanasan jangka panjang yang diizinkan dari kabel dan inti kabel pada suhu sekitar + 25ºС dan suhu bumi atau air + 15ºС ditunjukkan dalam aturan instalasi listrik (PUE).

Jumlah arus yang sesuai dengan suhu yang diijinkan jangka panjang dari kawat atau inti kabel yang diberikan disebut arus beban yang diijinkan jangka panjang ( saya tambahan). Nilai arus yang diizinkan jangka panjang untuk berbagai bagian kabel dan inti kabel, serta berbagai kondisi untuk peletakannya, diberikan dalam PUE dan literatur referensi. Dengan demikian, menentukan penampang kabel dan inti kabel dengan pemanasan dikurangi untuk membandingkan arus operasi maksimum saluran dengan nilai tabel arus beban jangka panjang yang diizinkan:

yang sesuai dengan bagian standar kabel dan inti kabel yang dipilih dari tabel. Jika suhu sekitar berbeda dari nilai tabel, maka nilai arus yang diizinkan jangka panjang dikoreksi dengan mengalikan dengan faktor koreksi, yang nilainya diambil sesuai dengan PUE dan literatur referensi.

Bagian kabel dan inti kabel yang dipilih sesuai dengan kondisi pemanasan harus konsisten dengan perlindungan, sehingga ketika arus mengalir melalui konduktor yang memanaskannya di atas suhu yang diizinkan, konduktor diputuskan oleh perangkat pelindung (sekring, pemutus sirkuit , dll.).

Perhitungan dan pemilihan penampang kabel dan inti kabel dilakukan dalam urutan berikut:

1) jenis perangkat pelindung dipilih - sekering atau pemutus arus;

2) jika sekering dipilih, maka arus pengenal sekeringnya ditentukan, yang harus memenuhi dua kondisi:

di mana arus beban maksimum saat memulai motor sangkar-tupai asinkron (arus awalnya);

Koefisien yang mencirikan kondisi pengoperasian mesin; untuk kondisi operasi normal = 2,5; untuk kondisi parah = 1.6...2.0.

Menurut nilai yang dihitung lebih besar dari arus pengenal tautan sekering, nilai standar arus pengenal tautan sekering dipilih;

3) arus beban jangka panjang yang diizinkan ditentukan, sesuai dengan arus pengenal yang dipilih dari sekering sekering:

Untuk kabel berinsulasi kertas,

Untuk semua kabel dan kabel lainnya;

rasio ini diambil untuk kasus ketika kabel jaringan dilindungi dari kelebihan beban. Menurut PUE, jaringan tersebut termasuk jaringan penerangan di bangunan perumahan dan publik, tempat komersial dan layanan perusahaan industri, serta di area berbahaya kebakaran dan ledakan; untuk kasus di mana perlu untuk melindungi kabel hanya dari korsleting, rasio dipilih:

Nilai yang dihitung dari arus beban yang diijinkan jangka panjang yang diperoleh dibulatkan ke nilai tabel terdekat dari arus beban yang diijinkan jangka panjang dan penampang standar yang sesuai dari kabel atau inti kabel;

4) jika pemutus sirkuit dipilih sebagai perangkat pelindung dan melindungi kabel jaringan dari kelebihan beban, maka semua rasio di atas valid, di mana alih-alih arus pengenal tautan sekering, arus pengenal pelepasan pemutus sirkuit harus ditunjukkan;

Suhu pemanasan maksimum yang diizinkan dari kabel sangat penting, karena kapasitas beban, masa pakai, dan keandalan kabel bergantung padanya.

Setiap jenis insulasi kabel dirancang untuk suhu tertentu yang diizinkan dalam jangka panjang, di mana penuaan insulasi berlangsung lambat. Melebihi suhu pemanasan kabel di atas yang diizinkan mempercepat proses penuaan insulasi dan mengurangi masa pakai kabel.

Ketika kabel dipanaskan, isolasi kertas mengalami penuaan paling cepat, kekuatan mekanik dan elastisitasnya berkurang. Suhu jangka panjang yang diizinkan untuk kabel listrik dari peletakan stasioner diberikan dalam Tabel. 17.

Tabel 17
Suhu pemanasan inti kabel yang diizinkan dalam jangka panjang

Ketika kabel dihidupkan di bawah beban, intinya dipanaskan terlebih dahulu, dan kemudian insulasi dan selubungnya. Pengukuran eksperimental telah menetapkan bahwa perbedaan suhu antara inti dan selubung kabel 6 kV kira-kira 15 ° C, dan untuk kabel 10 kV - 20 ° C. Oleh karena itu, dalam kondisi praktis, biasanya terbatas pada pengukuran suhu selubung, mengingat suhu inti kabel lebih tinggi 15-20 °C.

Suhu pemanasan inti juga dapat ditentukan dengan perhitungan menggunakan rumus

di mana t о6 adalah suhu pada selubung kabel, °С; I - beban kabel maksimum jangka panjang, A; n adalah jumlah inti kabel; - resistansi spesifik tembaga atau aluminium pada suhu yang mendekati suhu inti, Ohm.mm 2 /m; S K - jumlah resistansi termal insulasi dan penutup pelindung kabel, Ohm (ditentukan dari buku referensi); q - penampang inti kabel, mm 2.

Kontrol atas pemanasan kabel selama operasi dilakukan dengan mengukur suhu selubung timah atau aluminium, atau pelindung di tempat-tempat rute kabel di mana, mungkin, saluran kabel dapat menjadi terlalu panas terhadap suhu yang diizinkan. Tempat-tempat seperti itu dapat berupa gasket di dekat pipa panas, di lingkungan dengan ketahanan termal yang tinggi (terak, pipa, dll.), Di mana kondisi yang tidak menguntungkan dibuat untuk mendinginkan saluran kabel.

Disarankan untuk mengukur suhu pada permukaan kabel yang diletakkan di tanah dengan termokopel. Untuk memasang termokopel pada jalur kabel, lubang berukuran 900x900 mm dirobek dengan ceruk 150-200 mm di salah satu dinding lubang di sepanjang sumbu kabel. Setelah melepas penutup luar, membersihkan pelindung dari korosi, kontak yang andal dibuat (dengan solder atau foil dengan titik leleh rendah) dengan kawat termokopel.

Beras. 113. Pengukuran suhu pada permukaan kabel yang berfungsi:
1 - kabel, 2 - bangunan, 3 - pelindung termokopel, 4 - pipa logam, 5 - pipa panas

Kabel pengukur dikeluarkan melalui pipa gas dan dihubungkan ke kotak khusus, setelah itu lubang ditutup dengan tanah. Skema pengukuran suhu pada permukaan kabel ditunjukkan pada gambar. 113. Pengukuran suhu pada permukaan kabel terkontrol dengan pengukuran beban arus secara simultan dilakukan dalam sehari setelah 2-3 jam untuk meningkatkan kondisi pendinginan. Dalam beberapa kasus, disarankan untuk mengganti bagian saluran yang terlalu panas dengan kabel bagian besar. Pengukuran suhu kabel yang diletakkan secara terbuka dalam struktur kabel dapat dilakukan dengan termometer laboratorium konvensional, dipasang pada selubung kabel. Penting untuk memantau dengan cermat suhu sekitar dan pengoperasian ventilasi dalam struktur kabel. Pemanasan kabel dipantau sesuai kebutuhan.

Saat memilih kabel, banyak parameter yang berbeda diperhitungkan, mulai dari penampang inti hingga bahan insulasi. Mengapa penting untuk mengetahui detail seperti bahan cangkang? Bagaimanapun, fungsi utamanya adalah untuk melindungi dari sengatan listrik. Jika insulasi sesuai dengan tugasnya, maka lebih banyak perhatian perlu diberikan pada karakteristik kabel yang lebih penting. Sayangnya, banyak yang membuat kesalahan ini, pada kenyataannya, suhu pemanasan yang diizinkan dari kabel dan bahan insulasi sangat terkait. Setiap jenis selubung pelindung dirancang untuk suhu tertentu, jika melebihi nilai tertentu, maka proses penuaan isolasi dipercepat. Ini sangat mempengaruhi umur kabel, dan tidak jarang peralatan yang terhubung dengannya. Suhu pemanasan kabel yang diizinkan adalah parameter yang tidak hanya bergantung pada kapasitas beban kabel, tetapi juga keandalan operasinya. Suhu pemanasan yang diizinkan dari kabel dengan berbagai jenis insulasi Semua jenis bahan yang digunakan sebagai insulasi untuk inti konduktif memiliki karakteristik fisiknya sendiri. Mereka memiliki kepadatan yang berbeda, kapasitas panas, konduktivitas termal. Akibatnya, ini memengaruhi kemampuannya untuk menahan panas, sehingga polietilen vulkanisir dapat mempertahankan karakteristik kinerjanya hingga 90 ° C. Di sisi lain, insulasi karet mampu menahan beban suhu yang jauh lebih rendah - hanya 65ºС. Suhu yang diizinkan untuk memanaskan kabel dengan PVC adalah 70 derajat dan ini adalah salah satu indikator paling optimal. Salah satu indikator terpenting adalah suhu pemanasan kabel yang diizinkan c. Jenis kabel ini digunakan sangat luas dan dirancang untuk bekerja dengan voltase yang berbeda. Oleh karena itu, Anda harus berhati-hati dalam karakteristik ini, perubahannya sebagai berikut:

• untuk tegangan 1-2 kV, suhu maksimum yang diizinkan untuk kabel dengan impregnasi ramping dan kental adalah 80ºС;
• untuk tegangan 6 kV, insulasi dengan impregnasi kental tahan 65ºС, dengan impregnasi habis 75ºС;
• untuk tegangan 10 kV, suhu yang diizinkan adalah 60ºС;
• untuk tegangan 20 kV, suhu yang diizinkan adalah 55ºС;
• untuk tegangan 35 kV, suhu yang diizinkan adalah 50ºС.

Semua ini membutuhkan peningkatan perhatian pada beban maksimum kabel jangka panjang, kondisi pengoperasian. Bahan insulasi lain yang diminati saat ini di industri listrik adalah polietilen ikatan silang. Ini memiliki struktur kompleks yang memberikan karakteristik kinerja yang unik. Suhu pemanasan yang diizinkan dari kabel dan insulasi XLPE adalah 70ºС. Salah satu pemimpin dalam parameter ini adalah karet silikon, yang dapat menahan 180ºС. Apa yang dapat menyebabkan panas berlebih pada kabel Melebihi suhu pemanasan kabel yang diizinkan mengarah pada fakta bahwa sifat-sifat insulasi berubah secara dramatis. Itu mulai retak, hancur, mengakibatkan risiko korsleting. Masa pakai kabel dengan setiap tingkat yang terlampaui sangat berkurang. Ini membutuhkan perbaikan yang lebih sering, biaya, jadi lebih baik awalnya menggunakan kabel yang dirancang untuk memecahkan masalah tertentu. Tetapi bahkan ini tidak cukup, perlu untuk secara teratur memantau suhu cangkang, terutama di tempat-tempat di mana panas berlebih dapat diasumsikan. Ini mungkin tempat di dekat pipa panas atau menciptakan kondisi yang tidak menguntungkan untuk pendinginan.

Untuk memilih kabel pemanas, Anda perlu memahami karakteristik teknis apa yang perlu Anda perhatikan, serta memahami apa kebutuhan pemanas Anda. Artikel ini akan membahas karakteristik utama kabel pemanas untuk kebutuhan pipa air pemanas.

Daya kabel pemanas

Karakteristik pertama yang perlu Anda perhatikan adalah kekuatan kabel pemanas. Ini diukur dalam watt per meter linier dan, tergantung pada modelnya, dapat dari 5 hingga 150 W / m. Semakin besar daya, semakin besar konsumsi listrik dan semakin besar keluaran panas.

Untuk memanaskan pasokan air, kabel daya rendah digunakan - dari 5 hingga 25 W / m, tergantung pada bagaimana kabel pemanas dipasang dan di mana pasokan air lewat, Anda dapat fokus pada daya berikut:

• pasokan air diletakkan di tanah, kabel di dalam pipa cukup 5 W / m
• pasokan air diletakkan di tanah, kabel berada di luar pipa - daya dari 10 W / m
• pasokan air diletakkan di udara - dari 20 W / m

Pipa dan kabel pemanas dalam semua kasus harus diisolasi dengan lapisan insulasi minimal 3-5 mm.

Dalam kasus kabel pemanas resistif, daya tetap konstan di seluruh panjangnya dan terlepas dari suhu pipa, tetapi kabel yang mengatur sendiri mengurangi konsumsi daya dan suhunya jika pipa sudah dipanaskan. Ini menghemat sejumlah besar listrik, dan semakin besar daya kerja kabel yang mengatur sendiri, semakin besar penghematannya.

Ketergantungan daya pemanas pada suhu ditunjukkan dalam grafik.

Grafik menunjukkan daya versus suhu untuk lima kabel pengatur mandiri yang berbeda dengan peringkat daya yang berbeda dari 15 W/m hingga 45 W/m. Efisiensi terbesar dari penggunaan kabel tersebut diperoleh bila digunakan dalam kondisi sistem pasokan air yang diperpanjang, yang berjalan dalam kondisi suhu yang sangat berbeda. Semakin besar perbedaan suhu, semakin besar penghematan.

Namun, saat memanaskan sebagian kecil pasokan air, itu tidak begitu terlihat. Jika air disuplai dari sumur, maka suhunya, terlepas dari waktu dalam setahun, berkisar antara 2 hingga 6 derajat, dan tugas kabel pemanas hanyalah untuk mencegahnya membeku, yaitu, mempertahankannya pada tingkat sekitar +5 derajat Celcius. Artinya kabel pemanas akan beroperasi pada kisaran suhu 0 hingga 5 derajat, sedangkan perbedaan daya hanya beberapa watt (dari 2 W untuk kabel berdaya rendah, hingga 5 W untuk kabel 45 watt) .

Suhu kabel pemanas

Karakteristik penting kedua adalah suhu operasi. Menurut indikator ini, semua kabel pemanas dibagi menjadi tiga kategori:

1. Suhu rendah dengan suhu operasi hingga 65 derajat
2. Suhu sedang - 120 derajat
3. Suhu tinggi - hingga 240 derajat

Hanya kabel suhu rendah yang digunakan untuk memanaskan pasokan air, apalagi, mereka tidak pernah bekerja pada suhu yang mendekati suhu maksimum 65 derajat.

Area aplikasi

Menurut bidang aplikasinya, kabel dibagi menjadi dua jenis:

1. Makanan - hanya itu yang dapat digunakan untuk pemasangan di dalam pipa saat memanaskan sistem pasokan air, yang digunakan untuk kebutuhan rumah tangga, memasok air minum.
2. Teknis - digunakan untuk pemasangan di luar pipa dalam hal apa pun, itu dapat dipasang di dalam pipa hanya ketika air tidak digunakan untuk makanan (misalnya, dalam sistem irigasi, pencucian atau pemanas).

Baca juga:

• Kabel pemanas digunakan untuk memanaskan pipa ledeng, atap, cornice dan elemen lain di mana pembekuan air di musim dingin tidak diinginkan. Pilihan paling sederhana adalah kabel pemanas resistif, yaitu single-core dan two-core.
• Kabel pemanas yang mengatur sendiri digunakan untuk memanaskan pipa di tempat-tempat yang diletakkan di atas tingkat pembekuan tanah - misalnya, pada titik di mana pipa memasuki rumah. Kabel yang mengatur sendiri memiliki kemampuan untuk secara mandiri mengubah intensitas pemanasan di berbagai area tergantung pada kebutuhan: semakin rendah suhu objek yang dipanaskan, semakin banyak kabel yang memanas.
• Kabel pemanas yang mengatur sendiri dapat dipasang dengan cara yang berbeda: di dalam pipa dan di luar, ditempatkan di sepanjang pipa atau dalam spiral.
• Termostat adalah perangkat switching sirkuit listrik yang digunakan untuk menghidupkan dan mematikan perangkat pemanas seperti radiator, kabel pemanas dalam sistem pemanas lantai atau dalam sistem anti-icing. Pada prinsipnya, diagram koneksi sama untuk semua termostat.

Jaringan listrik yang dihitung dengan benar dan dijalankan dengan benar tidak menjamin pengecualian dari kemungkinan situasi darurat yang menyebabkan sirkuit listrik terlalu panas yang tidak dapat diterima jika terjadi korsleting.

Misalnya, situasi serupa, seperti yang dicatat dalam pekerjaan, terjadi ketika beban terhubung ke jaringan outlet melalui kabel ekstensi. Mulai dari panjang tertentu dari kabel ekstensi yang ditambahkan ke garis grup, resistansi sirkuit fase-nol meningkat ke nilai di mana arus hubung singkat akan kurang dari ambang operasi pelepasan elektromagnetik dari pemutus sirkuit. Oleh karena itu, ketika instalasi listrik, diinginkan untuk memperhitungkan kemungkinan kondisi operasi yang tidak normal dari kabel listrik.

Sesuai dengan "Batas suhu kabel listrik untuk tegangan pengenal 1 kV dalam kondisi hubung singkat", suhu inti kabel (termasuk hingga 300 mm 2) dengan insulasi PVC selama hubung singkat tidak boleh melebihi 160 derajat. Pencapaian suhu ini diperbolehkan dengan durasi hubung singkat hingga 5 detik. Dengan durasi hubung singkat seperti itu, isolasi kabel tidak sempat memanas hingga suhu yang sama. Untuk hubung singkat yang lebih lama, suhu pemanasan maksimum inti harus dikurangi.

Mari kita pertimbangkan terjadinya situasi serupa menggunakan contoh penggunaan sakelar otomatis grup "C". Waktu - karakteristik arus pemutus sirkuit ditunjukkan pada Gambar. 1. Dalam karakteristik yang diberikan, zona "a" - pelepasan termal dan zona "b" - pelepasan elektromagnetik dibedakan. Grafik menunjukkan dua kurva 1 dan 2 dari waktu operasi pemutus sirkuit versus arus, yang menunjukkan batas penyebaran teknologi parameter pemutus sirkuit selama pembuatannya. Untuk pemutus sirkuit grup "C" dalam sebaran teknologi, rasio arus operasi pelepasan elektromagnetik dengan arus pengenal pelepasan termal berada dalam kisaran 5 hingga 10. Kami hanya tertarik pada kurva 2 untuk arus bolak-balik (AC), menunjukkan waktu maksimum pengoperasian sakelar. Seperti dapat dilihat dari grafik pada Gambar. 1, dengan sedikit penurunan arus hubung singkat di bawah ambang operasi pelepasan elektromagnetik, waktu pengoperasian pemutus sirkuit ditentukan oleh pelepasan termal dan mencapai nilai pesanan 6 detik.

Beras. 1 Waktu - karakteristik arus automata grup C.

Mari kita coba mencari tahu apa yang terjadi pada kabel selama periode waktu di mana pelepasan termal bergerak. Untuk melakukan ini, perlu untuk menghitung ketergantungan suhu inti kabel pada waktu lewatnya arus yang mendekati ambang operasi pelepasan elektromagnetik.

Tabel 1 memberikan nilai yang dihitung dari suhu inti kabel tergantung pada durasi korsleting (pada arus yang berbeda) untuk kabel dengan inti tembaga dengan penampang 1,5 sq. mm. Kabel bagian ini banyak digunakan dalam penerangan bangunan tempat tinggal dan umum.

Untuk menghitung suhu inti kabel, metode perhitungan dari "Perhitungan arus hubung singkat yang diizinkan secara termal dengan mempertimbangkan pemanasan non-adiabatik" digunakan.

Suhu inti kabel ditentukan oleh rumus:

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

di mana, f adalah suhu akhir inti kabel sekitar C;

i - suhu awal inti kabel sekitar C;

adalah kebalikan dari koefisien temperatur resistansi pada 0 °C, K, untuk tembaga =234.5;

K adalah konstanta tergantung pada bahan elemen konduktif, A s 1/2 /mm 2, untuk tembaga K=226;

t - durasi hubung singkat, s;

S - luas penampang inti konduktif, mm 2;

I SC - arus hubung singkat maksimum yang diketahui (nilai rms), A;

I AD =I SC /ε - arus hubung singkat, ditentukan berdasarkan pemanasan adiabatik (nilai rms), A;

- koefisien dengan mempertimbangkan pemindahan panas ke elemen tetangga;

X, Y - konstanta yang digunakan dalam rumus sederhana untuk inti dan layar kawat, (mm 2 / s) 1/2; mm 2 /s, untuk kabel dengan konduktor tembaga dan insulasi PVC X=0,29 dan Y=0,06;

Perhitungan dilakukan untuk suhu kabel sebelum korsleting adalah 55 derajat. Suhu ini sesuai dengan arus operasi yang melewati kabel sebelum terjadinya hubung singkat dengan urutan 0,5 - 0,7 dari arus jangka panjang maksimum yang diizinkan pada suhu sekitar 30 - 35 derajat. Tergantung pada kondisi operasi yang diharapkan dari instalasi listrik, suhu inti kabel sebelum korsleting dapat diubah saat merancang jaringan listrik.

Tabel 1

Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwa arus hubung singkat maksimum (jika pelepasan elektromagnetik tidak beroperasi), yang tidak menyebabkan pemanasan konduktor di atas 160 derajat dalam 6 detik, adalah sekitar 100 A. Yaitu, kabel dengan penampang 1,5 mm 2 dapat dilindungi oleh sakelar otomatis grup " C" dengan arus pengenal tidak lebih dari 10A.

Dalam pembuatan kabel, penampang inti sering diremehkan. Mengecilkan penampang sebesar 10% adalah kejadian umum. Di pasar tidak sulit untuk menemukan kabel dengan penampang yang terlalu kecil.

Tabel 2 memberikan nilai yang dihitung dari suhu inti kabel ketika penampang diremehkan sebesar 10%. Seperti dapat dilihat dari tabel, pemutus sirkuit C10 tidak melindungi kabel seperti itu dengan keandalan 100 persen.

Untuk fasilitas yang paling kritis, terutama yang memiliki struktur bangunan yang terbuat dari bahan yang mudah terbakar, disarankan untuk memilih pemutus arus saat merancang instalasi listrik sesuai dengan Tabel 3, di mana penampang konduktor diberikan dengan pengurangan 20%. . Perlindungan kabel tersebut akan disediakan oleh sakelar otomatis C6 atau B10, di mana rasio arus operasi pelepasan elektromagnetik dengan arus operasi pengenal pelepasan termal berada dalam kisaran 3 hingga 5. Ini akan meningkat secara signifikan keandalan kabel listrik.

Meja 2

Tabel 3