Выбор проводов, кабелей и шин для сетей до 1 кВ по допустимому нагреву
Электрические нагрузки характеризуются расчетным током. При длительной нагрузке проводника током неизменной величины 
установившееся превышение температуры
(5.1)
где 
– превышение температуры, используемой для расчета длительно допустимых токов нагрузки 
, указанных в ПУЭ [5], соответствует каталожным данным проводов и кабелей.
В таблице 5.1 указаны длительно допускаемые нагревы 
для жил проводников в условиях нормальной эксплуатации, максимальные превышения температуры 
, допускаемые в режиме короткого замыкания, а также кратковременно допускаемые нагревы в момент пиков 
нагрузки. В таблице 5.2 указаны расчетные температуры среды 
принятые по нормам для вычисления длительно допустимых нагрузок.
Таблица 5.1
Длительно допускаемые нагревы для жил проводников в условиях нормальной эксплуатации
| Вид проводника | Длительно допустимый нагрев жил по нормам  , °С | Допустимый кратковременный нагрев при перегрузках  , °С | Максимально допустимые превышения температуры жил при токах короткого замыкания  , °С | ||||||
| медный | алюминиевый | стальной* | медный | алюминиевый | стальной* | медный | алюминиевый | стальной* | |
| Шины и голые провода | 70/70 | 125/125 | 100/300 | ||||||
| Кабели с бумажной пропитанной изоляцией: | |||||||||
| до 3 кВ | - | - | - | ||||||
| 6 кВ | - | - | - | ||||||
| 10 кВ | - | - | - | ||||||
| 20 кВ | - | - | - | - | - | - | |||
| 35 кВ | - | - | - | - | - | - | |||
| Кабели и провода с резиновой изоляцией: | |||||||||
| обычной | - | - | - | ||||||
| теплостойкой | - | - | - | ||||||
| Провода с полихлорвиниловой изоляцией | - | - | - | - | - |
*Даны для двух случаев: непосредственно не соединенные с аппаратами (числитель); непосредственно соединенные с аппаратами (знаменатель).
Таблица 5.2
Расчетные температуры среды
| Место прокладки проводника | Температура среды  , °С |
| Открытая и защищенная прокладка проводов, кабелей и шин в воздухе внутри помещений | |
| Один кабель с бумажной изоляцией при прокладке непосредственно в земле | |
| Один кабель с бумажной изоляцией при прокладке в земле в трубах | |
| Кабели с бумажной изоляцией (независимо от их числа) при прокладке в воде |
По данным таблицы можно определить допускаемые превышения температуры
. (5.6)
При выборе электроустановок по нагреву электрическим током необходимо, чтобы фактически установившееся значение превышения температуры 
над температурой окружающей среды 
соответствовало допустимому значению 
. При этом условии обеспечивается безаварийная работа электроустановок. Поэтому в паспорте электроприемников, трансформаторов и генераторов электрических станций указывается значение номинальной (установленной) мощности, которая гарантирует сохранность их изоляции от перегрева. Для проводников электрической сети в ПУЭ [5] приводятся значения длительно допустимых токов, при которых гарантируется сохранность изоляции проводников.
Из формулы (5.5) длительно допустимая нагрузка
. (5.7)
В переходном режиме через любой интервал времени 
, отсчитанный от начального времени 
, превышение температуры проводника
, (5.8)
где – перегрев проводника в момент отсчета;
– постоянная времени нагрева проводника, мин и с.
При включении нагрузки в момент, когда 
, превышение температуры (рис. 5.6, кривая 1)
. (5.9)
Рис. 5.6. Кривые нагрева и охлаждения проводов и кабелей:
1– кривая охлаждения провода; 2 – кривая нагрева проводов в нормальном режиме работы; 3 – кривая нагрева проводов в повторно-кратковременном режиме.
При полном отключении нагрузки проводник охлаждается, его температура перегрева стремится к нулю ( 
), если 
(рис. 5.6, кривая 2).
При прерывистой работе, характеризующей повторно-кратковременный режим, интервалы 
включения и отключения линии будут соответствовать режиму нагрева и охлаждения проводников и определяться ломаной кривой 3 и соответствующей ей кривой нагрева, которая лежит ниже кривой 1. Следовательно, при повторно-кратковременном режиме допустимая токовая нагрузка на провода и кабели повышается.
Данные постоянной времени нагрева для наиболее распространенных медных проводников и способов их прокладки приведены в таблице 5.3.
Таблица 5.3
Постоянные времени нагрева проводов
| Сечение медной жилы, мм2 | Постоянные времени нагрева проводов с резиновой изоляцией, мин | Постоянные времени нагрева трехжильных бронированных кабелей с бумажной изоляцией на 1-3 кВ, мин | ||||
| одножильных, проложенных открыто на опорах | количество проводов, проложенных в одной трубе | |||||
| два | три | четыре | при прокладке в земле | при прокладке в воздухе | ||
| 2,4 | 2,50 | 3,00 | 4,00 | 6,0 | 18,0 | |
| 3,0 | 4,00 | 4,75 | 6,25 | 7,2 | 19,1 | |
| 4,2 | 6,75 | 7,50 | 9,50 | 8,4 | 20,6 | |
| 5,6 | 9,30 | 11,00 | 13,70 | 10,8 | 21,6 | |
| 7,2 | 13,00 | 15,70 | 19,50 | 12,0 | 26,4 | |
| 9,0 | 15,70 | 19,50 | 24,00 | 14,4 | 28,8 | |
| 12,0 | 19,00 | 23,50 | 28,30 | 18,0 | 32,4 | |
| 15,0 | 22,00 | 27,50 | 33,00 | 21,6 | 37,2 | |
| 18,4 | 26,30 | 32,00 | 37,50 | 26,4 | 43,0 | |
| 21,4 | 29,50 | 35,80 | 42,00 | 30,0 | 48,0 | |
| 24,4 | 33,50 | 42,00 | 47,00 | 34,7 | 53,0 | |
| - | - | - | - | 40,0 | 60,0 | |
| - | - | - | - | 45,0 | 90,0 |
Значения длительно допустимых токовых нагрузок для проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами приведены в [5].
В повторно-кратковременном режиме работы при токе 
с ПВ<40 % и сечениях медных проводов более 10 мм2, а алюминиевых – более 6 мм2 рекомендуется заменять ток на ток расчетной длительной нагрузки
. (5.10)
Допускается кратковременная перегрузка кабелей, проложенных в земле, в пределах 1,2-1,35 от номинальной нагрузки в течение 0,5 ч, если коэффициент предварительной загрузки составлял 0,6-0,8, и кратковременная перегрузка в аварийных режимах в пределах 1,35-1,5 в течение 1 ч при тех же условиях.
Сечение проводов и кабелей для напряжения до 1 кВ по условию нагрева можно определить из таблиц [5] , в зависимости от расчетного значения длительно допустимой токовой нагрузки при нормальных условиях прокладки – из двух соотношений:
по условию нагрева длительным расчетным током
; (5.11)
по условию соответствия выбранному аппарату максимально-токовой защиты
; (5.12)
где 
– поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей;
– коэффициент (кратность) защиты, т. е. отношение длительно допустимого тока для провода или кабеля к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата;
– номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата, А.
Таблица 5.4
Коэффициенты защиты для сетей
| Наименование | Коэффициенты защиты или кратность длительно допустимых токов для сетей | |||
| требующих обязательной защиты от перегрузки | не требующих защиты от перегрузки | |||
| провода с резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией | кабели с бумажной изоляцией | |||
| взрыво- и пожароопасные помещения, жилые, торговые помещения и т.п. | невзрыво- и непожароопасные производственные помещения промышленных предприятий | |||
| Номинальный ток плавкой вставки предохранителей | 1,25 | 1,00 | 1,00 | 0,33 |
| Ток уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель | 1,25 | 1,00 | 1,00 | 0,22 |
| Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависимой от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
| Ток трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой от тока характеристикой (при наличии на автоматическом выключателе отсечки ее кратность тока не ограничивается) | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 0,66 |
При номинальных условиях прокладки 
.
Значения определяют из таблицы 5.4. в зависимости от назначения принятого вида защиты, характера сети, изоляции проводов, кабелей и условий их прокладки.
Сечение проводов и кабелей напряжением до 1 кВ определяется условиями нагрева в зависимости от расчетного значения допустимой длительной нагрузки 
при нормальных условиях прокладки. По условию выбора сечения с учетом длительного тока нагрузки используют условие
; (5.13)
где 
– допустимый ток на стандартное сечение проводника, А, таблицы [5].