Mikä määrittelee kaapelin pitkän aikavälin sallitun virran

Mikä määrittelee kaapelin pitkän aikavälin sallitun virran? Tähän kysymykseen vastaamiseksi meidän on harkittava ohimeneviä lämpöprosesseja, jotka tapahtuvat olosuhteissa, joissa sähkövirta virtaa johtimen läpi. Johtimen lämmittäminen ja jäähdyttäminen, sen lämpötila, yhteys resistanssiin ja poikkileikkaukseen - kaikki tämä on tämän artikkelin aihe.

Siirtymäprosessi

Aluksi harkitse tavanomaista lieriömäistä johdinta, jonka pituus on L, halkaisija d, poikkileikkauspinta-ala F, vastus R, tilavuus V, selvästi yhtä suuri kuin F * L, jonka läpi virta I virtaa, sen metallin ominaislämpö, ​​josta johdin tehdään - C, johtimen massa on yhtä suuri kuin

m = V * Ω,

missä Ω on johtimen metallin tiheys, S = pi * d * L on sivuseinän alue, jonka läpi jäähdytys tapahtuu, Tpr on johtimen nykyinen lämpötila, T0 on ympäristön lämpötila ja vastaavasti T = Tpr - T0 on lämpötilan muutos. KTP on lämmönsiirtokerroin, joka kuvaa numeerisesti johtimen yksikköpinnalta siirretyn lämmön määrää yhdessä sekunnissa 1 asteen lämpötilaerolla.

Kuvio näyttää kaaviot johtimen virrasta ja lämpötilasta ajan myötä. Ajasta t1 toiseen t3 virta I virtai johtimen läpi.

Täältä näet kuinka virran kytkemisen jälkeen johtimen lämpötila nousee vähitellen ja ajankohtana t2 sen lakkaa nousemasta, vakiintuu. Sen jälkeen kun virta on katkaistu hetkellä t3, lämpötila alkaa asteittain laskea, ja ajankohtana t4 se taas nousee alkuperäiseen arvoon (T0).

Joten on mahdollista kirjoittaa lämpötasapainoyhtälö, erotteluyhtälö johtimen lämmitysprosessille, missä heijastuu se, että johtimessa vapautuva lämpö absorboi osittain itse johtimen ja osittain ympäristölle. Tässä on yhtälö:

Yhtälön (1) vasemmalla puolella on johtimessa ajanjakson dt aikana vapautuneen lämmön määrä, virran I kulku.

Ensimmäinen termi yhtälön (2) oikealla puolella on johdinmateriaalin absorboima lämmön määrä, josta johtimen lämpötila nousi dT astetta.

Toinen termi yhtälön (3) oikealla puolella on lämmön määrä, joka siirrettiin johtimesta ympäristöön ajanjaksolla dt, ja se liittyy johtimen S pinta-alaan ja lämpötilaeroon T lämmönjohtavuuskerroimen Ktp kautta.

Ensinnäkin, kun virta kytketään, kaikkea johtimessa vapautuvaa lämpöä käytetään johtimen lämmittämiseen suoraan, mikä johtaa sen lämpötilan nousuun, mikä johtuu johdinmateriaalin lämpökapasiteetista C.

Lämpötilan noustessa lämpötilaero T itse johtimen ja vastaavasti ympäristön välillä kasvaa, ja syntyvä lämpö menee osittain jo kohottamaan ympäristön lämpötilaa.

Kun johtimen lämpötila saavuttaa tasaisen vakaan Tust-arvon, tällä hetkellä kaikki johtimen pinnalta vapautuva lämpö siirtyy ympäristöön, joten johtimen lämpötila ei enää nouse.

Ratkaisu lämpöerotuksen tasa-arvoyhtälöön on:

Käytännössä tämä ohimenevä prosessi ei kestä enempää kuin kolme aikavakiota (3 * τ), ja tämän ajan jälkeen lämpötila saavuttaa 0,95 * Tust. Lämmityksen muutosprosessin pysähtyessä lämpötasapainoyhtälö yksinkertaistuu ja vakaan tilan lämpötila voidaan ilmaista helposti:

Sallittu virta

Nyt voimme saada sellaisen virran tarkan arvon, joka näyttää olevan johtimen tai kaapelin pitkäaikainen sallittu virta. On selvää, että jokaisella johtimella tai kaapelilla on tietty normaali jatkuva lämpötila sen dokumentoinnin mukaan.Tämä on sellainen lämpötila, jossa kaapeli tai johdin voi olla jatkuvasti ja pitkään vahingoittamatta itseään ja muita.

Yllä olevasta yhtälöstä käy selväksi, että tiettyyn virta-arvoon liittyy tällainen lämpötila. Tätä virtaa kutsutaan sallittu kaapelin virta. Tämä on sellainen virta, joka, kun se kulkee johtimen läpi pitkään (yli kolme aikavakiota), lämmittää sen sallittuun, ts. Normaalilämpötilaan Tdd.

Täällä: Idd - pitkäaikainen sallittu johdinvirta; TDD - johtimen sallittu lämpötila.

Käytännöllisten ongelmien ratkaisemiseksi on sopivinta määrittää pitkäaikainen sallittu virta PUE: n erityistaulukoiden mukaan.

Oikosulun sattuessa johtimen läpi virtaa merkittävä oikosulkuvirta, joka voi lämmittää johdin merkittävästi ylittäen normaalin lämpötilan. Tästä syystä johtimille on ominaista minimipoikkileikkaus, joka perustuu johtimen lyhytaikaisen kuumennuksen tilaan oikosulkuvirralla:

Tässä: Ik - oikosulkuvirta ampeereina; tp on lyhennetyn oikosulun virran kesto sekunteina; C on kerroin, joka riippuu johtimen materiaalista ja rakenteesta sekä lyhytaikaisesti sallitusta lämpötilasta.

Osaliitäntä

Katsotaan nyt, kuinka pitkän aikavälin sallittu virta riippuu johtimen poikkileikkauksesta. Kun olet ilmaissut sivuseinämän pinta-alan johtimen läpimitan kautta (kaava artikkelin alussa), hyväksynyt sen, että vastus liittyy poikkileikkauspinta-alaan ja johtimen materiaalin ominaisvastukseen, ja korvaamalla tunnettu vastuskaava edellä esitetyllä Idd-kaavalla, saamme pitkän aikavälin sallitun virran Idd-kaavan :

On helppo nähdä, että johtimen Idd: n pitkäaikaisen sallitun virran ja poikkileikkauksen F välinen suhde ei ole suoraan verrannollinen, tässä poikkileikkauspinta-ala nostetaan tehoon ¾, mikä tarkoittaa, että pitkäaikainen sallittu virta kasvaa hitaammin kuin johtimen poikkileikkaus. Muut vakiot, kuten resistiivisyys, lämmönsiirtokerroin, sallittu lämpötila, ovat määritelmänsä mukaisia ​​jokaiselle johtimelle.

Itse asiassa on, riippuvuus ei voi olla suora, koska mitä suurempi johtimen poikkileikkaus on, sitä huonommat johtimen sisäkerrosten jäähdytysolosuhteet ovat, sitä hyväksyttävämpi lämpötila saavutetaan alhaisemmalla virrantiheydellä.

Jos käytät suuremman poikkileikkauksen johtimia ylikuumenemisen välttämiseksi, tämä johtaa materiaalin liialliseen kulutukseen. On paljon kannattavampaa käyttää useita johtimia, joiden poikkileikkaus on pieni ja jotka on sijoitettu rinnakkain, toisin sanoen, käyttää moniydinjohtimia tai -kaapeleita. Ja suhde pitkäaikaisesti sallittavan virran ja poikkileikkausalan välillä kokonaisuutena osoittautuu näin:

Nykyinen ja lämpötila

Laskeaksesi johtimen lämpötilan, jolla on tunnettu virta ja määritetyt ulkoiset olosuhteet, ota huomioon vakaa tila, kun johtimen lämpötila saavuttaa Tustin eikä enää nouse. Alkutiedot - virta I, lämmönsiirtokerroin Ktp, vastus R, sivuseinämän pinta-ala S, ympäristön lämpötila T0:

Samanlainen laskelma jatkuvalle virralle:

T0 otetaan tässä laskettuina ympäristön lämpötiloina, esimerkiksi + 15 ° C veden alla ja maassa tai + 25 ° C ulkona tapahtuvassa munimisessa. Tällaisten laskelmien tulokset on annettu taulukot jatkuvista virtauksista, ja ilman lämpötilan ollessa + 25 ° C, koska tämä on kuumin kuukauden keskilämpötila.

Jakamalla ensimmäinen yhtälö toisella ja ilmaistaan ​​johtimen lämpötila, voidaan saada kaava johtimen lämpötilan löytämiseksi muusta virrasta kuin pitkäaikaisesti sallitusta ja tietystä ympäristön lämpötilasta, jos tunnetaan pitkäaikainen sallittu virta ja pitkäaikainen sallittu lämpötila, eikä sinun tarvitse turvautua muiden vakiot:

Tästä kaavasta nähdään, että lämpötilan nousu on verrannollinen virran neliöön, ja jos virta kasvaa 2 kertaa, lämpötilan nousu nousee 4 kertaa.

Jos ulkoiset olosuhteet eroavat suunnittelusta

Suurimmasta sallitusta virrasta on tehtävä säätö riippuen todellisista ulkoisista olosuhteista, jotka saattavat poiketa laskennallisista, riippuen esimerkiksi useiden samansuuntaisten johtimien (kaapelin) sijoittamisesta tai maahan sijoittamiseen eri lämpötilassa.

Sitten lisätään korjauskerroin Kt, jolla pitkäaikainen sallittu virta kerrotaan tunnetuissa (taulukko) olosuhteissa. Jos ulkoinen lämpötila on alempi kuin laskettu, kerroin on suurempi kuin yksi; jos se on korkeampi kuin laskettu, sitten Kt on vastaavasti alle yksi.

Asennettaessa useita rinnakkaisia ​​johtimia hyvin lähelle toisiaan, ne kuumentavat lisäksi toisiaan, mutta vain jos ympäröivä ympäristö on paikallaan. Todelliset olosuhteet johtavat usein siihen, että ympäristö on liikkuva (ilma, vesi), ja konvektio johtaa johtimien jäähtymiseen.

Jos väliaine on melkein paikallaan esimerkiksi asetettaessa putkea maan alle tai kanavaan, niin keskinäinen lämmitys aiheuttaa pitkän aikavälin sallitun virran laskun, ja tässä on syötettävä uudelleen korjauskerroin Kn, joka on annettu kaapeleiden ja johtimien dokumentaatiossa.