Предельно допустимые температуры нагрева кабелей и проводов

Протекание электрического тока через проводник вызывает его нагревание. Количество тепла, выделяемое при протекании тока через проводник, будет пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени протекания:

Где: Q – количество выделяемой теплоты, Дж;

I – величина протекаемого тока, А;

R – сопротивление проводника, Ом;

t – время работы;

В процессе выделения тепла температура провода или кабеля начнет превышать температуру окружающей среды. Соответственно начнется процесс отдачи тепла проводом в окружающую среду. Этот процесс будет продолжатся до наступления теплового равновесия – когда количество отдаваемого кабелем тепла в окружающую среду станет равным количеству получаемого тепла от протекания электрического тока. При этом повышение температуры провода или кабеля происходить больше не будет.

Температуру, при которой наступает тепловое равновесие, называют установившейся или номинальной. На практике довольно часто используют понятие температуры перегрева, которая равна разности температур провода и окружающей среды:

Чрезмерно высокая температура проводов и кабелей приводит к преждевременному высыханию изоляции, а у проводников без изоляции к ускоренному окислению соединительных контактов и, как следствие, ухудшению проводимости. Кроме того, перегрев сверх допустимых величин может приводить к пожарам. Поэтому в ПУЭ устанавливаются следующие допустимые максимально длительно температуры проводов и кабелей:

Температура проводника достигнет своего установившегося значения не мгновенно, а по истечению какого-то промежутка времени после включения.

Закон изменения величины нагрева проводника можно выразить следующей формулой:

Где: τ_уст – установившийся перегрев для определенной токовой нагрузки, ⁰С;

t – время, сек;

е – основание натуральных логарифмов (е = 2,71);

Т – постоянная времени нагрева, то есть это время, за которое проводник смог бы достигнуть установившегося перегрева, если бы не было отвода тепла в окружающую среду;

Соответственно после отключения проводника от сети начинается процесс его охлаждения до температуры окружающей среды. Этот процесс можно описать уравнением:

Ниже приведены графики нагрева и охлаждения τ = f(t):

Величины постоянных времени нагрева напрямую зависят от рода проводки, материала проводника, его изоляции и сечения. Постоянные времени нагрева определяют экспериментальным путем.

Приведенные выше формулы позволяют установить, через какое время перегрев проводника достигнет заданного значения.

В случае когда имеет место переменная нагрузка можно воспользоваться одним из приемов и рассматривать процесс нагрева как сумму двух процессов – нагрева от τ = 0 до τ_уст и охлаждения от τ₀ до τ = 0, то есть:

Эта формула применима при расчете проводов и кабелей с переменными нагрузками.

Кривые перегрева для такого случая показаны ниже: