מה קובע את זרם הכבלים המותר לטווח הארוך

מה קובע את זרם הכבלים המותר לטווח הארוך? כדי לענות על שאלה זו, עלינו לקחת בחשבון תהליכים תרמיים חולפים המתרחשים בתנאים כאשר זרם חשמלי זורם במוליך. חימום וקירור מוליך, הטמפרטורה שלו, חיבור עם התנגדות וחתך רוחב - כל זה יהיה נושא המאמר.

תהליך מעבר

ראשית יש לקחת בחשבון מוליך גלילי קונבנציונאלי באורך L, קוטר d, אזור חתך רוחב F, התנגדות R, נפח V, ברור שווה ל- F * L, דרכו זרם אני זורם, החום הספציפי של המתכת ממנו המוליך עשוי - C, מסת המוליך שווה ל

m = V * Ω,

כאשר Ω הוא צפיפות המתכת של המוליך, S = pi * d * L הוא שטח הקיר הצדדי דרכו מתרחשת קירור, Tpr הוא הטמפרטורה הנוכחית של המוליך, T0 הוא הטמפרטורה בסביבה, ובהתאם, T = Tpr - T0 הוא שינוי הטמפרטורה. KTP הוא מקדם העברת החום, המאפיין באופן מספרי את כמות החום המועבר משטח יחידה של מוליך תוך שנייה בהפרש טמפרטורה של מעלה אחת.

התרשים מציג את גרשי הזרם והטמפרטורה במוליך לאורך זמן. מזמן t1 לזמן t3, זרם זרמתי במוליך.

כאן תוכלו לראות כיצד לאחר הפעלת הזרם, טמפרטורת המוליך עולה בהדרגה, ובזמן t2 היא מפסיקה לעלות, מתייצבת. אך לאחר כיבוי הזרם בזמן t3, הטמפרטורה מתחילה לרדת בהדרגה, ובשעה t4 היא שוב הופכת להיות שווה לערך ההתחלתי (T0).

אז, ניתן לרשום את משוואת איזון החום, משוואה דיפרנציאלית לתהליך החימום של המוליך, שם יבוא לידי ביטוי שהחום המשתחרר על המוליך נספג באופן חלקי על ידי המוליך עצמו, וחלקו ניתן לסביבה. הנה המשוואה:

בצד שמאל של המשוואה (1) נמצאת כמות החום שמשתחררת במוליך בזמן dt, מעבר הזרם הראשון.

המונח הראשון בצד ימין של המשוואה (2) הוא כמות החום שנספג על ידי חומר המוליך, ממנו עלה טמפרטורת המוליך במעלות dT.

המונח השני בצד ימין של המשוואה (3) הוא כמות החום שהועברה מהמוליך לסביבה בזמן dt, והיא קשורה לשטח הפנים של המוליך S ולהבדל הטמפרטורה T דרך מקדם המוליכות התרמית Ktp.

ראשית, כשמדובר בזרם, כל החום שמשתחרר במוליך משמש לחימום המוליך ישירות, מה שמוביל לעלייה בטמפרטורה שלו, וזה נובע מכושר החום C של חומר המוליך.

עם עליית הטמפרטורה, הפרש הטמפרטורה T בין המוליך עצמו לסביבה, בהתאמה, עולה, והחום שנוצר באופן חלקי כבר הולך להגדיל את טמפרטורת הסביבה.

כאשר הטמפרטורה של המוליך מגיעה לערך יציב קבוע של Tust, ברגע זה כל החום המשתחרר משטח המוליך מועבר לסביבה, כך שטמפרטורת המוליך כבר לא גדלה.

הפיתרון למשוואת איזון החום ההפרש יהיה:

בפועל, תהליך חולף זה נמשך לא יותר משלושה קבועים בזמן (3 * τ), ואחרי זמן זה הטמפרטורה מגיעה ל 0.95 * טוסט. כאשר תהליך מעבר החימום נפסק, משוואת איזון החום מפושטת, וניתן לבטא בקלות את הטמפרטורה במצב יציב:

זרם מותר

כעת אנו יכולים להגיע לערך המדויק של הזרם כזרם מותר לטווח ארוך עבור מוליך או כבל. ברור שלכל מוליך או כבל יש טמפרטורה רציפה רגילה מסוימת, על פי התיעוד שלה.זו טמפרטורה כזו בה כבל או חוט יכולים להיות ברציפות ובמשך זמן רב מבלי לפגוע בעצמו ובאחרים.

מהמשוואה לעיל מתברר כי ערך זרם ספציפי קשור לטמפרטורה כזו. זרם זה נקרא זרם כבל מותר. זהו זרם כזה, שכאשר הוא עובר במוליך במשך זמן רב (יותר משלושה קבועי זמן), מחמם אותו למותר, כלומר לטמפרטורה רגילה Tdd.

כאן: Idd - זרם מוליך מותר לטווח ארוך; TDD - טמפרטורת מוליך מותרת.

כדי לפתור בעיות מעשיות, הכי נוח לקבוע את הזרם המותר לטווח הארוך על פי טבלאות מיוחדות מ- PUE.

סוג המוליך

טמפרטורה מותרת

טמפרטורה מותרת לטווח קצר

מוליך חשוף או אוטובוס

70^בערךעם

נחושת - 300^בערךעם

מוליך חשוף או אוטובוס

70^בערךעם

אלומיניום - 200^בערךעם

כבל בבידוד נייר עד 3 קילוואט

80^בערךעם

200^בערךעם

כבל בבידוד נייר עד 6 קילוואט

65^בערךעם

200^בערךעם

כבל בבידוד נייר עד 10 קילוואט

60^בערךעם

200^בערךעם

כבל בבידוד נייר עד 35 קילוואט

50^בערךעם

125^בערךעם

כבל בבידוד גומי עד 1 קילוואט

65^בערךעם

150^בערךעם

כבל בבידוד PVC עד 1 קילוואט

65^בערךעם

150^בערךעם

כבל מבודד XLPE עד 1 קילוואט

90^בערךעם

250^בערךעם

במקרה של קצר חשמלי, זרם קצר חשמלי זורם דרך המוליך, שיכול לחמם את המוליך משמעותית, ויעלה על הטמפרטורה הרגילה שלו. מסיבה זו, מוליכים מאופיינים בחתך מינימלי המתבסס על תנאי של חימום לטווח קצר של המוליך על ידי זרם קצר חשמלי:

כאן: Ik - זרם קצרצר באמפר; tp הוא משך הזרם הקצר במעגל הקצר בשניות; C הוא מקדם התלוי בחומר ובבניית המוליך, ובטמפרטורה המותרת לטווח הקצר.

חיבור מדורים

כעת בואו נראה איך הזרם המותר לטווח הארוך תלוי בחתך הרוחב של המוליך. לאחר שביטאנו את שטח הקיר הצדדי בקוטר המוליך (הנוסחה בתחילת המאמר), בהנחה שההתנגדות קשורה לחתך החתך ואל ההתנגדות הספציפית של חומר המוליך, והחלפת הנוסחה הידועה של התנגדות לנוסחה של Idd, שניתנה לעיל, אנו משיגים לנוסחה IDD של זרם ארוך טווח לטווח הארוך :

קל לראות שהחיבור בין הזרם המותר לטווח הארוך של המוליך Idd לחתך ה F אינו פרופורציונלי ישירות, כאן אזור החתך המורחב מועבר לעוצמה ¾, מה שאומר שהזרם המותר לטווח הארוך גדל לאט יותר מאשר חתך הרוחב של המוליך. קבועים אחרים, כגון התנגדות, מקדם העברת חום, טמפרטורה מותרת, הם פרטניים בהגדרה לכל מוליך.

לאמיתו של דבר, התלות לא יכולה להיות ישירה, מכיוון שככל שחתך הרוחב הגדול יותר של המוליך גדול יותר, כך תנאי הקירור של השכבות הפנימיות של המוליך גרועות יותר, כך הטמפרטורה המקובלת יותר מגיעה בצפיפות זרם נמוכה יותר.

אם אתה משתמש במוליכים עם חתך גדול יותר כדי למנוע התחממות יתר, הדבר יוביל לצריכה מוגזמת של חומר. הרבה יותר משתלם להשתמש בכמה מוליכים של חתך רוחב קטן המונחים במקביל, כלומר להשתמש במוליכים או בכבלים מרובי ליבות. והקשר בין הזרם המותר לטווח הארוך לאזור חתך הכללי מתברר כך:

ו

1

2

4

אניdd

1

1,68

2,83

זרם וטמפרטורה

כדי לחשב את הטמפרטורה של המוליך בזרם ידוע ובתנאים חיצוניים נתונים, קחו בחשבון את המצב היציב כאשר הטמפרטורה של המוליך מגיעה לטוסט, וכבר לא גדלה. נתונים ראשוניים - זרם I, מקדם העברת חום Ktp, התנגדות R, שטח קיר צדדי S, טמפרטורת הסביבה T0:

חישוב דומה עבור זרם רציף:

כאן, T0 נלקח כטמפרטורת הסביבה המחושבת, למשל + 15 מעלות צלזיוס להנחת מתחת למים ובאדמה, או + 25 מעלות צלזיוס להטמנה באוויר הפתוח. התוצאות של חישובים כאלה ניתנות ב טבלאות של זרמים רציפים, ולגבי אוויר הם לוקחים טמפרטורה של + 25 מעלות צלזיוס, מכיוון שזו הטמפרטורה הממוצעת של החודש הכי חם.

חלוקת המשוואה הראשונה בשנייה, וביטוי הטמפרטורה של המוליך, אנו יכולים להשיג נוסחה למציאת טמפרטורת המוליך בזרם שאינו לטווח הארוך המותר, ובטמפרטורת סביבה נתונה, אם ידוע על זרם מותר לטווח ארוך וטמפרטורה מותרת לטווח הארוך, ואינך צריך לפנות לשימוש אחר קבועים:

מנוסחה זו ניתן לראות כי עליית הטמפרטורה פרופורציונאלית לריבוע הזרם, ואם הזרם עולה פי 2, אז עליית הטמפרטורה תגדל פי 4.

אם התנאים החיצוניים נבדלים מהעיצוב

תלוי בתנאים החיצוניים בפועל, העשויים להיות שונים מהתנאים המחושבים בהתאם לשיטת ההטלה, למשל, מספר מוליכים (כבלים) הממוקמים במקביל או הנמצאים באדמה בטמפרטורה שונה, נדרשת התאמה של הזרם המותר המרבי.

לאחר מכן, מוצג גורם התיקון Kt, באמצעותו מוכפל הזרם המותר לטווח הארוך בתנאים ידועים (טבליים). אם הטמפרטורה החיצונית נמוכה מזו המחושבת, אז המקדם גדול מאחד; אם הוא גבוה מהטמפרטורה המחושבת, בהתאם, Kt הוא פחות מאחד.

כשמניחים כמה מוליכים מקבילים קרוב אחד לשני, הם יחממו זה את זה בנוסף, אך רק אם הסביבה מסביב נייחת. תנאים בפועל מביאים לעיתים קרובות לכך שהסביבה היא ניידת (אוויר, מים), והסעה מובילה לקירור המוליכים.

אם המדיום כמעט נייח, למשל בעת הנחת בצינור מתחת לאדמה או בתעלה, אז חימום הדדי יגרום לירידה בזרם המותר לטווח הארוך, וכאן אתה צריך להזין את מקדם התיקון Kn שניתנו בתיעוד לכבלים וחוטים.

Comments

[#1]

באופן כללי, כל ספק שמכבד את החוטים או הכבלים שמכבד את עצמו מספק היום טבלאות נלוות, כאשר עבור חוט מסוים בתנאים שונים אתה יכול למצוא בקלות זרם מותר לטווח הארוך, ולא לטעות. היצרן עצמו מבצע את כל החישובים והחישובים הנדרשים, והצרכן יכול לבחור רק מהשולחן כבל או חוט של קטע מתאים ואת השינויים הנדרשים.

[#2 אנטולי]

נכון מאוד! אך לא רק כאשר הנחת הכבל באדמה, אלא גם כאשר הנחתו ישירות בשערים מתחת לגבס, התנאים להנחת הכבל עשויים להיות שונים מהמחושבים (למרבה הצער, במסמכים הרגולטוריים והטכניים, כולל ה- PUE, נושא זה אינו מוקדש תשומת לב ראויה), מכאן השגיאות בעת הנחת הכבל, לדוגמא, על פי PUE, הזרם הנומינלי של הכבל בעת הנחתו בצינור, וגזירת ה- PVC היא למעשה צינור PVC גמיש, הזרם הנומינלי של הכבל, עם מקדם מילוי של חיתוך עם כבל של 0.3 - 0.5, הוא 21 אמפר, בחול - טיח מלט - 20 אמפר. אם אתה משתמש ב- GOST RM EK 60287 - 2 - 1 - 2009, בידיעה שההתנגדות התרמית של טיח מלט חול, בממוצע, היא 1 (m * מעלות צלזיוס / ואט), וההתנגדות התרמית של הריאה של בטון סודה שווה ל 10 (מ 'מעלות צלזיוס / ואט), אנו משיגים שהזרם המדורג של זרם הכבלים בבטון סודה הוא 20 * 20/10 = 40, אנו מחלצים את השורש המרובע ומקבלים כ- 7.1 אמפר, נוהג ההפעלה הראה כי בתנאי הנחת אמיתיים, כאשר צד אחד מכוסה בגבס, הזרם המדורג של הכבל הוא בערך 10 אמפר, פעמיים ופחות מאשר בטיח וחול ומלט. הדבר נכון גם לחומרי בניין אחרים. אם הכבל נמתח על פני חלק מורחב של בטון סודה, גבס וכו ', על פי PUE, יש לבחור את הזרם המדורג של הכבל בהתאם לתנאים הגרועים ביותר להנחתו או זרםו. ב 10 אמפר ומפסק מגבר קאיואל מגבר 6 מגבר. אך אם הנחת את הכבל, וגם את החוט, כך שהנודן לא ימנע ממנו להתקרר טוב יותר, אז הזרם הנומינלי של הכבל הוא 21 אמפר, שכן סביבת הנחתו לא השתנתה.ונוהג ההפעלה מאשר כי זהו כך, אם כן, המטרה החשובה ביותר של גלי היא לשמור על הזרם המדורג של הכבל ללא קשר לתנאי הנחתו, כלומר ללא קשר לעמידות התרמית של החומרים עליהם מונח הכבל.הגלימה תוכננה במיוחד כדי לעמוד בדרישה זו. שמירה על הזרם המדורג של הכבל, האנרגיה התרמית המשתחררת על ידי הכבל נקלטת על ידי האוויר בחיתוך וחומר הגלישה עצמו על ידי הסעה וקרינת חום, והעברת חום אינה ממלאת תפקיד משמעותי תפקיד קירור הכבל, בגלל ההתנגדות התרמית הגדולה מאוד של האוויר והתמורה עצמה, כמובן שכשמניחים חומרים בעלי עמידות תרמית נמוכה, טמפרטורת החיתוך יורדת והיא מסוגלת לספוג אנרגיה תרמית רבה יותר, אך הפחתה זו אינה משמעותית. אפילו כאשר הנחת הכבל בגלי בבטון סודה , ההתנגדות התרמית של בטון סודה אינה עולה על 18 - 20% מההתנגדות התרמית של האוויר בגלימה. כלומר, אפילו עם התנגדות גדולה לאין שיעור של הסביבה החיצונית של הנחת הגלי, הכבל בזרם מדורג אינו מחומם הטמפרטורה תהיה גבוהה מהטמפרטורה המותרת, ובסביבה עם התנגדות תרמית נמוכה יהיה לכבל טמפרטורה בעת הנחתו בחיתוך הנמוכה אפילו יותר מהמקסימום המותר. החיתוך נוצר במקום צינורות פלדה, כאשר חומרים שונים עם התנגדות תרמית שונה לאורך נתיבי הנחת הכבלים החלו להשתמש בבנייה. .

[#3 ניקולאי]

כל זרם זורם ברציפות בתנאים חיצוניים קבועים תואם לטמפרטורת מצב יציב מוגדרת היטב של המוליך. עוצמת הזרם לאורך זמן בו הטמפרטורה הופכת למקסימלית המותרת עבור מותג מסוים של חוט או כבל נקרא עומס הזרם המותר לטווח הארוך.

גודל הזרם המותר לטווח הארוך תלוי בחומר ובחתך הרוחב של המוליך, בטמפרטורת הסביבה, בחומר הבידוד ובשיטת הנחתו. גם אופן הפעולה של חוטים וכבלים חשוב. בפעולה לסירוגין ניתן להגדיל את עומס הזרם המותר. כדי לקבוע את ערכו של הזרם המותר לטווח הארוך, חשוב לדעת את טמפרטורת הסביבה החיובית הגבוהה ביותר, מכיוון שבטמפרטורות נמוכות באותו זרם תנאי עבודה נוחים יותר של חוטים וכבלים.

[#4 אלכס]

זה לא ברור - באשר לחוט עם חתך מרובע של 2 מ"מ, הזרם הוא רק 1.68 A ???

25A אתה יכול בקלות, אני לא מבין כלום ...