Нагрев проводников токами нормального режима

Требования, предъявляемые к электрооборудованию и токопроводам:

1) изоляция должна обладать достаточной электрической прочностью, чтобы противостоять рабочему напряжению, а также коммутационным и атмосферным перенапряжениям;

2) оборудование и проводники должны в течение неограниченного времени проводить рабочие токи присоединений, при этом температура в наиболее нагретых точках не должна превышать нормативную;

3) выдерживать тепловое и механическое действия токов КЗ, т. е. обладать достаточной термической и электродинамической стойкостью;

4) быть экономичными и надежными в эксплуатации;

5) быть безопасными для обслуживающего персонала.

При работе электроустановок в проводниках, контактных соединениях, металлоконструкциях (расположенных в переменных магнитных полях), в диэлектриках, в дугогасительных устройствах (при отключениях токов) возникают потери активной мощности, вследствие чего изоляция, проводники и аппараты нагреваются.

Различают два режима нагрева проводников и аппаратов: продолжительный (установившийся) при рабочих токах и кратковременный при токах К.З. В соответствии с этим нормируют температуры нагрева в длительном режиме и при кз. Продолжительный режим может быть нормальным и утяжеленным. Под нормальным понимается режим наибольшей (максимальной) нагрузки по графику нагрузки, под утяжеленным - режим, вызванный аварийным отключением оборудования, например увеличение нагрузки трансформатора при аварийном отключении параллельно работающего с ним другого трансформатора.

Нагрузочная способность токонесущих проводников (проводов воздушных линий электропередачи, шин РУ, кабельных линий) и аппаратов определяется максимальным рабочим током, при котором в установившемся режиме температура нагрева не превышает допустимую при нормированной температуре окружающей среды.

Допустимая температура нагрева токоведущих проводников и аппаратов при продолжительной работе устанавливается для того, чтобы обеспечить: экономически целесообразный срок службы изоляции; надежную работу контактных соединений; достаточную механическую прочность. Определяющими для нагрузочной способности являются первые два условия.

При нормировании нагрузочной способности токоведущих проводников и аппаратов, кроме допускаемой (наблюдаемой) температуры нагрева, нормируют допускаемые превышения температуры проводника или аппарата над температурой окружающей среды или нормируют температуру окружающей среды. Температуру окружающей среды (воздух) для электрических аппаратов обычно принимают близкой к максимально возможной для средней полосы России, а именно 35 °С (ГОСТ 8024–69); для кабелей, проложенных в земле, 15 °С; для неизолированных проводов, шин и кабелей, проложенных в воздухе (внутри зданий, в каналах), 25 °С.

2.2.2. Тепловое действие тока. Определение I_{дл. доп} .

Допускаемые в продолжительном режиме токи шин, проводов, кабелей и номинальные токи аппаратов, установленные на основании соответствующих расчетов и испытаний с учетом ГОСТ 8024–69, указаны в специальных каталогах или таблицах.

Правильный выбор номинального тока аппарата или допускаемого тока проводника гарантирует от опасных перегревов при продолжительной работе.

Для этого необходимо, чтобы ток утяжеленного режима в рассматриваемой цепи I_утв не превышал номинального тока аппарата и длительно допускаемого тока проводника в данной цепи:

I_доп£ I_утв£ I_ном .

Если температура окружающей среды J₀ отличается от номинальной J_ном, то допускаемый ток для аппарата или проводника может быть определен из предположения, что тепловыделение пропорционально квадрату тока, а теплоотдача пропорциональна превышению температуры:

;

и

.

Отсюда получаем:

,

где J_доп - допускаемая температура (наблюдаемая) для данного аппарата или проводника; k - коэффициент теплоотдачи; F - поверхность охлаждения; R - сопротивление проводника.

Выбор сечений проводов, шин и кабелей производится по экономической плотности тока J_эк (А/мм²), которая определяется продолжительностью использования максимальной нагрузки, материалом и конструкцией проводников и задается Правилами устройств электроустановок:

,

где I_норм – наибольший длительный ток нагрузки цепи в нормальном режиме работы.

Экономическое сечение S_эк дает наилучшее сочетание расхода металла и потерь электроэнергии в сети, тем самым обеспечивая наименьшие ежегодные расчетные затраты.

Сечение проводника, выбранное по J_эк, должно удовлетворять условию допустимого нагрева максимальным током в форсированном режиме работы в соответствии с (3-1), а также условиям термической и динамической стойкости.