Содержание
Длительно допустимый ток кабеля по ПУЭ
Длительно-допустимые токовые нагрузки кабелей
Токи, протекающие по кабелю, нагревают проводник. Это не относится к полезному действию тока, как например, нагревание спирали лампочки или электрической плитки. Поэтому мы и не учитываем это действие, когда рассчитываем общую мощность потребления. Однако забывать о расходе энергии на нагревание проводов не следует, так как это может привести к печальным последствиям.
Величина тока, протекающего по проводам, зависит от мощности устройств-потребителей, так как мощность, выделяемая на самих проводах, пренебрежимо мала — в связи с малым удельным сопротивлением металлов, используемых для провода и в кабеле проводки. Ток течет только тогда, когда мы включаем в сеть приборы. При этом суммарный ток в каждый момент времени определяется только мощностью приборов (связанной с сопротивлением), потребляющих энергию в сети именно в этот момент времени.
Но при расчете сети по току и мощности всегда необходимо брать только ситуации, когда одновременно включены все потребляющие устройства. Только такой подход дает возможность застраховаться от всех возможных перегрузок. Но и это еще не все. В момент включения многие устройства потребляют так называемый стартовый ток, который может быть процентов на 10–20 выше по потреблению от стационарной работы данного устройства. Это связано у некоторых устройств с трудностью запуска — разгона массивных роторов, создания рабочих перепадов давления и так далее.
Поэтому при выполнении расчета требуется делать поправку еще и на это.
Допустимый длительный ток для кабелей
Токонесущие провода под действием тока нагреваются всегда. Весь вопрос только в количестве выделяемой теплоты.
С одной стороны, она зависит от протекающего тока, удельного сопротивления материала проводника, его сечения, с другой — от факторов отведения тепла в условиях прохождения проводов: от количества проводов и их близости, изоляции, которая препятствует теплоотводу, наличия коробов или каналов, в которые заправлен кабель, скрытности проводки. И вообще, от климатических факторов, действующих на кабель в местах прохождения проводов: вентиляции, открытого пространства и так далее.
Качество проводки и старение
В результате действия всех этих многочисленных факторов провод, систематически нагревающийся от проходящего по нему тока, с точки зрения безопасности может быть:
- Надежным носителем тока и напряжения. У такого провода срок будущей безаварийной работы можно считать неограниченным.
- Старым или стареющим носителем электроэнергии. Качество провода за время эксплуатации снизилось, ухудшилась изоляция, стыки и соединения проводов потеряли часть проводимости. Старение провода имеет склонность со временем накапливаться и способствовать увеличению скорости старения и возрастанию отрицательных факторов.
- Опасной проводкой электроэнергии. Режим работы таков, что аварии вероятны. Это выражается в увеличении нагрева проводов на обычном токе, неравномерности нагрева из-за ухудшения изоляции, окислении контактов, ухудшении равномерности сечения проводов из-за естественного для металлов окисления. Неравномерности тоже имеют свойство усиливать старение и локально ухудшать качество.
Температура, таким образом, является очень важным показателем безопасности работы электрической проводки. Кроме того, температурный режим сам по себе способен ухудшать проводку, а в случаях превышения предельного порога приводить к авариям. В результате допустимые токовые нагрузки кабелей должны быть уменьшены.
Например, есть такое правило, что каждые 8° лишнего нагрева кабеля по току ускоряют процессы (и химические, и физические) в материале в два раза. Это отражается на характеристиках проводника (особенно алюминиевого) и ухудшает характеристики изолятора.
Изоляция и температура
Изоляция в результате нагрева сама может стать источником опасных и вредных факторов. Например, ПВХ при увеличении температуры ведет себя так:
- 80 °С — размягчение;
- 100 °С — выделение HCl (летучего вредного газа, хлористого водорода, который при растворении в воде становится соляной кислотой). С повышением температуры процесс усиливается. При 160 °С его уже выделится 50%, при 300 °С — 85%;
- 210 °С — плавление;
- 350 °С — начинается возгорание углеродной основы ПВХ.
Это касается твердого ПВХ, мягкий содержит много добавок-пластификаторов, которые улетучиваются и способны загореться уже при 200 °С.
Размягчение, тем более плавление, кроет в себе другую опасность — могут сблизиться несущие ток провода, что обычно приводит к КЗ и возгоранию.
https://www.youtube.com/watch?v=8bNWD6o4tzcПо соображениям безопасности верхней границей температуры проводов, по которым проходит электрический ток, установили 65 °С. Это при окружающей температуре воздуха 25 °С, земли — 15 °С.
Задача выдержать такую норму нагрева состоит в том, чтобы для всего разнообразия условий подобрать сечения для проводов из разных материалов, применяемых в электротехнике, достаточные для безопасного, то есть без накопления тепла, прохождения тока.
Обязательным условием является то, что имеется в виду допустимый длительный ток для кабелей, а не кратковременные перегрузки.
[su_box style="default" title="" box_color="#8A1B00" radius="0"]От внезапных перегрузок по току провода и кабели должны защищать автоматы на щите питания.
[/su_box]Причем их номиналы подбираются так, чтобы они были выше токов, возникающих при кратковременных, но допустимых перегрузках, но ниже опасных для сети перенапряжений.
Структура проводки потребляющей сети
Потребляющая сеть состоит из нескольких групп потребителей. В каждой из них свой характер нагрузок и режим токов, следовательно, и проводка должна соответствовать правилам безопасности. Самое главное правило: должна быть обеспечена высокая нагружаемость там, где нагружено. То есть вводные провода, несущие всю тяжесть потребления в сети, должны быть самыми большими по сечению, поскольку через них идет расход энергии на всю мощность нагрузок в рассматриваемой сети.
Пример. Расчет сечения кабеля для квартирной потребляющей сети
В таблице приведены приборы потребления
Ток шины из формулы суммарной мощности
Формула суммарной мощностипри KИ , коэффициенте использования, равном 75% и cos j = 1,
получается в диапазоне I = 41–81 А. Для проводки, учитывающей любые возможные варианты мощностей подключаемых электроприборов, следует брать верхнее значение и запас на будущее порядка 10–20%. Поэтому принимаем максимальный ток, равный 100 А.
Возможно, такая нагрузка ляжет на шины домовой сети тяжким бременем, и электроснабженческая организация не разрешит иметь столько потребителей сразу, однако выбор проводов не должен зависеть от таких «политических» вопросов. Тем более что проводка в старых домах уже демонстрирует недальновидность прежних ограничений.
Сечение шин, подведенных к квартирам, надо принимать как данность. Если мы делаем разводку в квартире сами, то делим ее на несколько подсетей по группам по току потребляющих устройств. От шин щитка питания каждая подсеть будет запитана отдельно. И выполнять ее нужно с расчетом на максимальное потребление именно в этой подсети.
Пуэ — правила устройства электроустановок
Для регламентации безопасности, касающейся всего, что связано с электроэнергией, существует система правил, которые начали разрабатываться с самого начала использования электроэнергии (1899 год, Первый всероссийский электротехнический съезд) и приводиться в систему, близкую к современной, сразу после Великой Отечественной войны в 1946–1949 годах. И существуют и продолжают разрабатываться и сейчас — в России, Белоруссии и на Украине.
Электробезопасность — это очень серьезно, несмотря на расхождения во взглядах где-то еще. У нас, например, предусматриваются и штрафы за несоблюдение правил устройства электроустановок для граждан, должностных лиц и предпринимателей и для юридических лиц.
То, что касается безопасности электропроводки, собрано в 1 разделе в 3 главе.
В таблицах отображен допустимый длительный ток для кабелей для множества вариантов проводов, металлов (разное удельное сопротивление), изоляции, характера (одножильный – многожильный), сечения провода, а также способов прокладки кабеля.
Полный текст 3 главы из 1 раздела 7-го издания ПУЭ имеется в следующем файле. Допустимый длительный ток для кабелей в них представлен в таблицах 3.1.7.4 – 3.1.7.11.
Для нашего примера построим таблицу, разбив всех потребителей на группы, в каждой группе посчитаем суммарную мощность, ток и найдем по ПУЭ соответствующее ему сечение кабеля для меди и алюминия.
В нашем случае выделим подсети и просчитаем для каждой из них суммарную мощность и максимальный ток. Из ПУЭ сделаем выбор сечения провода для медных проводов и алюминия:
Получилось, для осветительной сети подходит сечение провода 1 мм2 меди или 2 мм2 алюминия.
https://www.youtube.com/watch?v=ibMD3hKM_8AДля розеточной сети с невысоким потреблением (жилые помещения), соответственно,
1,5 и 2,5 мм2.
Две розеточные подсети со значительным уровнем потребления — в кухне и ванной — дали 4 и 5–6 мм2.
Отдельные потребители могут быть запитаны и отдельной проводкой с индивидуальным расчетом тока и сечения.
Источник: https://domelectrik.ru/baza/teoriya/dlitelno-dopustimyy-tok-kabelya-po-pue
Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Глава 1.3. Выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны (Издание шестое), от 10 декабря 1979 года
Переход к Содержаниюдокумента осуществляется по ссылке
Область применения
1.3.1. Настоящая главаПравил распространяется на выбор сечений электрических проводников(неизолированные и изолированные провода, кабели и шины) понагреву, экономической плотности тока и по условиям короны. Еслисечение проводника, определенное по этим условиям, получаетсяменьше сечения, требуемого по другим условиям (термическая иэлектродинамическая стойкость при токах КЗ, потери и отклонениянапряжения, механическая прочность, защита от перегрузки), тодолжно приниматься наибольшее сечение, требуемое этимиусловиями.
Выборсечений проводников по нагреву
1.3.2. Проводники любогоназначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельнодопустимого нагрева с учетом не только нормальных, но ипослеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта ивозможных неравномерностей распределения токов между линиями,секциями шин и т.п. При проверке на нагрев принимается получасовоймаксимум тока, наибольший из средних получасовых токов данногоэлемента сети.
1.3.3. Приповторно-кратковременном и кратковременном режимах работыэлектроприемников (с общей длительностью цикла до 10 мин идлительностью рабочего периода не более 4 мин) в качестверасчетного тока для проверки сечения проводников по нагреву следуетпринимать ток, приведенный к длительному режиму. При этом:
1) для медных проводниковсечением до 6 мм, а для алюминиевых проводников до 10мм ток принимается как для установок сдлительным режимом работы;
[su_box style="default" title="" box_color="#FF643F" radius="0"]2) для медных проводниковсечением более 6 мм, а для алюминиевых проводников более 10мм ток определяется умножением допустимогодлительного тока на коэффициент , где - выраженная в относительных единицахдлительность рабочего периода (продолжительность включения поотношению к продолжительности цикла).
[/su_box]1.3.4. Длякратковременного режима работы с длительностью включения не более 4мин и перерывами между включениями, достаточными для охлажденияпроводников до температуры окружающей среды, наибольшие допустимыетоки следует определять по нормам повторно-кратковременного режима(см. 1.3.3). При длительности включения более 4 мин, а также приперерывах недостаточной длительности между включениями наибольшиедопустимые токи следует определять как для установок с длительнымрежимом работы.
1.3.5. Для кабелейнапряжением до 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией, несущихнагрузки меньше номинальных, может допускаться кратковременнаяперегрузка, указанная в табл.1.3.1.
Таблица 1.3.1
Допустимая кратковременная перегрузка для кабелей напряжением до 10кВ с бумажной пропитанной изоляцией
| Коэффициентпредварительнойнагрузки | Видпрокладки | Допустимаяперегрузка по отношению к номинальной нагрузке втечение, ч | ||
| 0,5 | 1,0 | 3,0 | ||
| 0,6 | В земле | 1,35 | 1,30 | 1,15 |
| На воздухе | 1,25 | 1,15 | 1,10 | |
| В трубах (в земле) | 1,20 | 1,10 | 1,10 | |
| 0,8 | В земле | 1,20 | 1,15 | 1,10 |
| На воздухе | 1,15 | 1,10 | 1,05 | |
| В трубах (в земле) | 1,10 | 1,05 | 1,00 |
1.3.6. На периодликвидации послеаварийного режима для кабелей с полиэтиленовойизоляцией допускается перегрузка до 10%, а для кабелей споливинилхлоридной изоляцией до 15% номинальной на время максимумовнагрузки продолжительностью не более 6 ч в сутки в течение 5 сут.,если нагрузка в остальные периоды времени этих суток не превышаетноминальной. На период ликвидациипослеаварийного режима для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажнойизоляцией допускаются перегрузки в течение 5 сут. в пределах,указанных в табл.1.3.2.
Таблица 1.3.2
Допустимая на период ликвидации послеаварийногорежима перегрузка для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажнойпропитанной изоляцией
| Коэффициентпредварительной нагрузки | Видпрокладки | Допустимаяперегрузка по отношению к номинальной нагрузке припродолжительности максимума, ч | ||
| 1 | 3 | 6 | ||
| 0,6 | В земле | 1,5 | 1,35 | 1,25 |
| На воздухе | 1,35 | 1,25 | 1,25 | |
| В трубах (в земле) | 1,30 | 1,20 | 1,15 | |
| 0,8 | В земле | 1,35 | 1,25 | 1,20 |
| На воздухе | 1,30 | 1,25 | 1,25 | |
| В трубах (в земле) | 1,20 | 1,15 | 1,10 |
Для кабельных линий,находящихся в эксплуатации более 15 лет, перегрузки должны бытьпонижены на 10%. Перегрузка кабельныхлиний напряжением 20-35 кВ не допускается.
1.3.7. Требования кнормальным нагрузкам и послеаварийным перегрузкам относятся ккабелям и установленным на них соединительным и концевым муфтам иконцевым заделкам.
1.3.8. Нулевые рабочиепроводники в четырехпроводной системе трехфазного тока должны иметьпроводимость не менее 50% проводимости фазных проводников; внеобходимых случаях она должна быть увеличена до 100% проводимостифазных проводников.
Источник: http://docs.cntd.ru/document/1200001616
Раздел 1. Общие правила
1.3.2. Проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин и т. п. При проверке на нагрев принимается получасовой максимум тока, наибольший из средних получасовых токов данного элемента сети.
1.3.3. При повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы электроприемников (с общей длительностью цикла до 10 мин и длительностью рабочего периода не более 4 мин) в качестве расчетного тока для проверки сечения проводников по нагреву следует принимать ток, приведенный к длительному режиму. При этом:
1) для медных проводников сечением до 6 мм, а для алюминиевых проводников до 10 мм ток принимается как для установок с длительным режимом работы;
2) для медных проводников сечением более 6 мм, а для алюминиевых проводников более 10 мм ток определяется умножением допустимого длительного тока на коэффициент , где — выраженная в относительных единицах длительность рабочего периода (продолжительность включения по отношению к продолжительности цикла).
1.3.4. Для кратковременного режима работы с длительностью включения не более 4 мин и перерывами между включениями, достаточными для охлаждения проводников до температуры окружающей среды, наибольшие допустимые токи следует определять по нормам повторно — кратковременного режима (см. 1.3.3). При длительности включения более 4 мин, а также при перерывах недостаточной длительности между включениями наибольшие допустимые токи следует определять как для установок с длительным режимом работы.
[su_quote]1.3.5. Для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией, несущих нагрузки меньше номинальных, может допускаться кратковременная перегрузка, указанная в табл. 1.3.1.
[/su_quote]1.3.6. На период ликвидации послеаварийного режима для кабелей с полиэтиленовой изоляцией допускается перегрузка до 10%, а для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией до 15% номинальной на время максимумов нагрузки продолжительностью не более 6 ч в сутки в течение 5 сут., если нагрузка в остальные периоды времени этих суток не превышает номинальной.
https://www.youtube.com/watch?v=j7YCTqa4sjAНа период ликвидации послеаварийного режима для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной изоляцией допускаются перегрузки в течение 5 сут. в пределах, указанных в табл. 1.3.2.
Таблица 1.3.1. Допустимая кратковременная перегрузка для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией
| Коэффициент предварительной нагрузки | Допустимая перегрузка по отношению к номинальной в течение, ч |
Таблица 1.3.2. Допустимая на период ликвидации послеаварийного режима перегрузка для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной изоляцией
| Коэффициент предварительной нагрузки | Допустимая перегрузка по отношению к номинальной при длительности максимума, ч |
Для кабельных линий, находящихся в эксплуатации более 15 лет, перегрузки должны быть понижены на 10%.
Перегрузка кабельных линий напряжением 20-35 кВ не допускается.
1.3.7. Требования к нормальным нагрузкам и послеаварийным перегрузкам относятся к кабелям и установленным на них соединительным и концевым муфтам и концевым заделкам.
1.3.8. Нулевые рабочие проводники в четырехпроводной системе трехфазного тока должны иметь проводимость не менее 50% проводимости фазных проводников; в необходимых случаях она должна быть увеличена до 100% проводимости фазных проводников.
Источник: https://www.ruscable.ru/info/pue/1-3.html