O que determina a corrente permitida a longo prazo do cabo

O que determina a corrente permitida a longo prazo do cabo? Para responder a essa pergunta, teremos que considerar processos térmicos transitórios que ocorrem sob condições quando uma corrente elétrica flui através do condutor. Aquecimento e resfriamento de um condutor, temperatura, conexão com resistência e seção transversal - tudo isso será o assunto deste artigo.

Processo de transição

Para começar, considere um condutor cilíndrico convencional de comprimento L, diâmetro d, área de seção transversal F, resistência R, volume V, obviamente igual a F * L, através do qual a corrente I flui, o calor específico do metal do qual o condutor é feito - C, a massa do condutor é igual a

m = V * Ω

onde Ω é a densidade do metal do condutor, S = pi * d * L é a área da parede lateral através da qual ocorre o resfriamento, Tpr é a temperatura atual do condutor, T0 é a temperatura ambiente e, consequentemente, T = Tpr - T0 é a mudança de temperatura. KTP é o coeficiente de transferência de calor, caracterizando numericamente a quantidade de calor transferida de uma superfície unitária de um condutor em 1 segundo a uma diferença de temperatura de 1 grau.

A figura mostra os gráficos da corrente e temperatura no condutor ao longo do tempo. Do tempo t1 ao tempo t3, a corrente I fluiu através do condutor.

Aqui você pode ver como, depois de ligar a corrente, a temperatura do condutor aumenta gradualmente e, no momento em que t2 deixa de aumentar, se estabiliza. Porém, após desligar a corrente no tempo t3, a temperatura começa a diminuir gradualmente e no tempo t4 novamente se torna igual ao valor inicial (T0).

Assim, é possível anotar a equação do balanço de calor, a equação diferencial para o processo de aquecimento do condutor, onde será refletido que o calor liberado no condutor é parcialmente absorvido pelo próprio condutor e parcialmente fornecido ao ambiente. Aqui está a equação:

No lado esquerdo da equação (1) está a quantidade de calor liberada no condutor durante o tempo dt, a passagem da corrente I.

O primeiro termo no lado direito da equação (2) é a quantidade de calor absorvido pelo material condutor, a partir do qual a temperatura do condutor aumentou em dT graus.

O segundo termo no lado direito da equação (3) é a quantidade de calor que foi transferida do condutor para o ambiente durante o tempo dt, e está relacionada à área de superfície do condutor S e à diferença de temperatura T através do coeficiente de condutividade térmica Ktp.

Primeiro, quando a corrente é ligada, todo o calor liberado no condutor é usado para aquecer o condutor diretamente, o que leva a um aumento em sua temperatura, e isso se deve à capacidade de calor C do material do condutor.

Com o aumento da temperatura, a diferença de temperatura T entre o próprio condutor e o meio ambiente, respectivamente, aumenta, e o calor gerado parcialmente já vai aumentar a temperatura ambiente.

Quando a temperatura do condutor atinge um valor estável e estável de Tust, nesse momento todo o calor liberado da superfície do condutor é transferido para o ambiente, de modo que a temperatura do condutor não aumenta mais.

A solução para a equação do balanço de calor diferencial será:

Na prática, esse processo transitório dura no máximo três constantes de tempo (3 * τ) e, após esse período, a temperatura atinge 0,95 * Tust. Quando o processo de transição do aquecimento é interrompido, a equação do balanço de calor é simplificada e a temperatura em estado estacionário pode ser facilmente expressa:

Corrente permissível

Agora podemos chegar ao valor exato da corrente que parece ser uma corrente permitida a longo prazo para um condutor ou cabo. Obviamente, para cada condutor ou cabo, existe uma certa temperatura contínua normal, de acordo com a documentação.Essa é uma temperatura na qual um cabo ou fio pode ficar continuamente e por um longo tempo sem causar danos a si próprio e a outros.

A partir da equação acima, fica claro que um valor atual específico está associado a essa temperatura. Essa corrente é chamada corrente admissível do cabo. Essa é uma corrente que, ao passar pelo condutor por um longo período de tempo (mais de três constantes de tempo), o aquece a uma temperatura aceitável, ou seja, Tdd normal.

Aqui: Idd - corrente permitida a longo prazo do condutor; TDD - temperatura permitida do condutor.

Para resolver problemas práticos, é mais conveniente determinar a corrente permitida a longo prazo de acordo com as tabelas especiais da PUE.

Tipo de condutor

Temperatura admissível

Temperatura permissível a curto prazo

Condutor desencapado ou barramento

70^sobreCom

Cobre - 300^sobreCom

Condutor desencapado ou barramento

70^sobreCom

Alumínio - 200^sobreCom

Cabo com isolamento de papel de até 3 kV

80^sobreCom

200^sobreCom

Cabo com isolamento de papel de até 6 kV

65^sobreCom

200^sobreCom

Cabo com isolamento de papel de até 10 kV

60^sobreCom

200^sobreCom

Cabo com isolamento de papel até 35 kV

50^sobreCom

125^sobreCom

Cabo com isolamento de borracha até 1 kV

65^sobreCom

150^sobreCom

Cabo em isolamento de PVC até 1 kV

65^sobreCom

150^sobreCom

Cabo isolado XLPE de até 1 kV

90^sobreCom

250^sobreCom

No caso de um curto-circuito, uma corrente significativa de curto-circuito flui através do condutor, o que pode aquecer significativamente o condutor, excedendo sua temperatura normal. Por esse motivo, os condutores são caracterizados por uma seção transversal mínima com base na condição de aquecimento de curto prazo do condutor por uma corrente de curto-circuito:

Aqui: Ik - corrente de curto-circuito em amperes; tp - tempo reduzido da corrente de curto-circuito em segundos; C é um coeficiente que depende do material e da construção do condutor e da temperatura permitida a curto prazo.

Seção Conexão

Agora vamos ver como a corrente permitida a longo prazo depende da seção transversal do condutor. Tendo expressado a área da parede lateral através do diâmetro do condutor (a fórmula no início do artigo), assumindo que a resistência está relacionada à área da seção transversal e à resistência específica do material do condutor, e substituindo a conhecida fórmula de resistência pela fórmula de Idd, apresentada acima, obtemos uma fórmula de Idd atual permitida a longo prazo :

É fácil ver que a conexão entre a corrente admissível a longo prazo do condutor Idd e a seção transversal F não é diretamente proporcional; aqui a área da seção transversal é elevada à potência ¾, o que significa que a corrente permissível a longo prazo aumenta mais lentamente do que a seção transversal do condutor. Outras constantes, como resistividade, coeficiente de transferência de calor e temperatura permitida, são individuais para cada condutor, por definição.

De fato, a dependência não pode ser direta, porque quanto maior a seção transversal do condutor, piores as condições de resfriamento das camadas internas do condutor, mais temperatura aceitável é alcançada com uma densidade de corrente mais baixa.

Se você usar condutores de seção transversal maior para evitar superaquecimento, isso levará a um consumo excessivo de material. É muito mais lucrativo usar vários condutores de pequena seção transversal dispostos em paralelo, ou seja, usar condutores ou cabos multicore. E a relação entre a corrente permitida a longo prazo e a área da seção transversal como um todo é assim:

F

1

2

4

Eudd

1

1,68

2,83

Corrente e temperatura

Para calcular a temperatura de um condutor com uma corrente conhecida e condições externas especificadas, considere o estado estacionário quando a temperatura do condutor atingir Tust e não aumentar mais. Dados iniciais - corrente I, coeficiente de transferência de calor Ktp, resistência R, área da parede lateral S, temperatura ambiente T0:

Um cálculo semelhante para corrente contínua:

Aqui, T0 é considerado a temperatura ambiente calculada, por exemplo, + 15 ° C para imersão na água e no solo, ou + 25 ° C para imposição ao ar livre. Os resultados de tais cálculos são apresentados em tabelas de correntes contínuas, e para o ar eles têm uma temperatura de + 25 ° C, porque esta é a temperatura média do mês mais quente.

Dividindo a primeira equação pela segunda e expressando a temperatura do condutor, podemos obter uma fórmula para encontrar a temperatura do condutor em uma corrente diferente da permitida a longo prazo e em uma determinada temperatura ambiente, se uma corrente permitida a longo prazo e uma temperatura permitida a longo prazo forem conhecidas, e você não precisar recorrer ao uso de outras constantes:

A partir desta fórmula, é visto que o aumento da temperatura é proporcional ao quadrado da corrente e, se a corrente aumentar 2 vezes, o aumento da temperatura aumentará 4 vezes.

Se as condições externas diferirem do design

Dependendo das condições externas reais, que podem diferir das calculadas, dependendo do método de colocação, por exemplo, vários condutores (cabo) localizados em paralelo ou assentados no chão a uma temperatura diferente, é necessário um ajuste da corrente máxima permitida.

Em seguida, é introduzido o fator de correção Kt, pelo qual a corrente permitida a longo prazo é multiplicada em condições conhecidas (tabulares). Se a temperatura externa for menor que a calculada, o coeficiente será maior que um; se for maior que a calculada, portanto, Kt será menor que um.

Ao colocar vários condutores paralelos muito próximos um do outro, eles também se aquecem, mas apenas se o ambiente ao redor estiver parado. As condições reais geralmente levam ao fato de o ambiente ser móvel (ar, água) e a convecção levar ao resfriamento dos condutores.

Se o meio estiver quase estacionário, por exemplo, ao colocar em um tubo no subsolo ou em um duto, o aquecimento mútuo causará uma diminuição na corrente permitida a longo prazo, e aqui você precisará inserir novamente o fator de correção Kn, que é fornecido na documentação de cabos e fios.

Comments

[#1]

Em geral, todo fornecedor respeitoso de fios ou cabos fornece hoje as tabelas anexas, onde, para um fio específico em várias condições, você pode encontrar facilmente uma corrente permitida a longo prazo e não se enganar. O próprio fabricante faz todos os cálculos e cálculos necessários e o consumidor só pode escolher da tabela um cabo ou fio de seção adequada e a modificação necessária.

[#2 Anatoly]

É verdade! Mas não apenas ao colocar o cabo no chão, mas também ao colocá-lo diretamente nos portões sob o gesso, as condições para colocar o cabo podem diferir das calculadas (infelizmente, nos documentos técnicos e de regulamentação, incluindo o PUE, esse problema não é levado em consideração), por exemplo, de acordo com a PUE, a corrente nominal do cabo ao colocá-lo no tubo e a ondulação de PVC é essencialmente um tubo de PVC flexível, a corrente nominal do cabo, com um fator de preenchimento da ondulação com um cabo de 0,3 a 0,5, é de 21 amperes e na areia - gesso de cimento - 20 ampères Se você usar GOST RM EK 60287 - 2 - 1 - 2009, sabendo que a resistência térmica do gesso areia-cimento, em média, é de 1 (m * graus Celsius / Watt) e a resistência térmica do pulmão de concreto aerado é igual a 10 (m * grau Celsius / Watt), obtemos que a corrente nominal da corrente do cabo em concreto aerado é 20 * 20/10 = 40, extraímos a raiz quadrada e obtemos cerca de 7,1 amperes, a prática operacional mostrou que em condições reais de assentamento, quando um lado é coberto com gesso, a corrente nominal do cabo é de cerca de 10 amperes, duas vezes e menos que em gesso areia e cimento. O mesmo se aplica a outros materiais de construção. Se o cabo se estender por uma seção estendida de concreto aerado, gesso, etc., de acordo com o PUE, a corrente nominal do cabo deve ser selecionada de acordo com as piores condições para assentamento ou corrente a 10 amperes e um disjuntor cayuel de 6 amperes. MAS, se você colocar o cabo e também o fio, para que a bainha não o impeça de esfriar melhor, a corrente nominal do cabo será de 21 amperes, pois o ambiente de sua colocação não mudou.E a prática operacional confirma que isso é verdade.Portanto, o objetivo mais importante de uma ondulação é preservar a corrente nominal do cabo, independentemente das condições de assentamento, ou seja, independentemente da resistência térmica dos materiais nos quais o cabo está assentado. preservando a corrente nominal do cabo, a energia térmica liberada pelo cabo é absorvida pelo ar na ondulação e o material da própria ondulação por convecção e radiação de calor, e a transferência de calor não desempenha um papel significativo o papel de resfriar o cabo, devido à grande resistência térmica do ar e da própria ondulação, é claro, ao aplicar materiais com baixa resistência térmica, a temperatura da ondulação diminui e é capaz de absorver mais energia térmica, mas essa redução não é significativa. Mesmo ao colocar o cabo na ondulação em concreto aerado , a resistência térmica do concreto aerado não é superior a 18 - 20% da resistência térmica do ar na ondulação, ou seja, mesmo com uma resistência infinitamente grande do ambiente externo de assentamento da ondulação, o cabo na corrente nominal não é aquecido A temperatura será maior que a temperatura permitida e, em um ambiente com baixa resistência térmica, o cabo terá uma temperatura ao colocá-lo na ondulação ainda mais baixo que o máximo permitido.A ondulação foi criada em vez de tubos de aço, quando vários materiais com resistência térmica diferente ao longo das rotas de assentamento de cabos começaram a ser utilizados na construção .

[#3 Nikolay]

Qualquer corrente que flui continuamente sob condições externas constantes corresponde a uma temperatura em estado estacionário bem definida do condutor. A magnitude da corrente que flui continuamente à qual a temperatura se torna a máxima permitida para uma determinada marca de fio ou cabo é denominada carga de corrente permitida a longo prazo.

A magnitude da corrente permissível a longo prazo depende do material e da seção transversal do condutor, da temperatura ambiente, do material de isolamento e do método de assentamento. O modo de operação de fios e cabos também é importante. Em operação intermitente, a carga de corrente permitida pode ser aumentada. Para determinar o valor da corrente permitida a longo prazo, é importante conhecer a temperatura ambiente positiva mais alta, pois a baixas temperaturas na mesma corrente são fornecidas condições de trabalho mais favoráveis ​​dos fios e cabos.

[#4 Alex]

Não está claro - quanto a um fio com seção transversal quadrada de 2 mm, a força atual é de apenas 1,68 A ???

25A você pode facilmente, eu não entendo nada ...