Практическое пособие по определению возможной причастности токов короткого замыкания к воспламенению изоляции проводников, страница 6

2. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

2.1.    Общие сведения о нагреве проводников

Проводником называется любое тело, по которому передается электрический ток. Обычно в качестве проводников применяются алюминиевые или медные шины, провода и кабели. Иногда, особенно в сетях постоянного тока, в качестве проводников используются стальные, более или менее массивные брусья, шины, швеллеры, трубы. При аварийных режимах, например пробое изоляции, проводниками могут оказаться металлические корпусы машин и разные конструкции [6].

Под словами нагрев (температура) проводника обычно подразумевается нагрев (температура) токоведущих жил. Когда имеется в виду нагрев (температура) изоляции или оболочек, то это оговаривается особо.

Превышением нагрева (температуры) проводников называется разность температур их жил и окружающей среды (воздуха, земли, воды), в которой проложены проводники вместе с их изолирующими и защитными оболочками или трубами.

Установившимся нагревом или установившимся превышением нагрева называется такой нагрев или превышение нагрева, величина которого практически не изменяется или изменяется очень медленно в очень малых пределах.

Пример 1: В помещении с температурой воздуха 25°С проложены проводники. Так как они долго не были нагружены током, то, их температура равна 25°С. Когда проводники нагрузили током, их нагрев стал повышаться и после длительной нагрузки, достиг 65°С. Дальнейшее повышение нагрева практически не замечалось.

Решение.

В рассматриваемом случае можно написать:

- температура среды ;

- установившийся нагрев проводников (жил) ;

- установившееся превышение нагрева проводников:

;          .

2.2.    Основные понятия о нагреве проводника

2.2.1. Установившееся превышение нагрева проводника при длительной нагрузке

Часть электрической энергии, передаваемой по проводникам, переходит в тепловую. В начале тепловая энергия расходуется на постепенное увеличение превышения нагрева проводника, а затем – на поддержание установившегося превышения во время работы, т.е. на компенсацию потерь тепла, рассеиваемого поверхностью проводника в окружающую среду.

Величина установившегося превышения нагрева зависит от количества тепла, выделяемого в проводнике в единицу времени и от количества тепла, рассеиваемого в единицу времени через наружную поверхность проводника или его оболочки в окружающую среду.

Количество выделяемого тепла прямо пропорционально квадрату тока и электрическому сопротивлению проводника , а количество рассеиваемого тепла зависит от теплового сопротивления пути передачи тепла от проводника, размеров этой поверхности и коэффициентов теплоотдачи, учитывающих ее способность рассеивать тепло. По мере увеличения температуры проводника обычно увеличивается и его сопротивление, следовательно, увеличивается и количество выделяющегося в нем тепла, хотя величина тока остается неизменной. Однако при увеличении температуры проводника увеличивается перепад (разность) между этой температурой и температурой среды, а это улучшает способность поверхности проводника рассеивать тепло (повышается коэффициент теплоотдачи). В итоге увеличение количества выделяющегося тепла в определенной мере компенсируется увеличением теплоотдачи. Поэтому для условий длительного режима работы, при котором допускаемые нагревы проводников обычно невелики, можно без заметной погрешности считать, что сопротивление проводника и коэффициент теплоотдачи – величины постоянные.

При этих условиях величина установившегося превышения нагрева зависит только от величины тока (изменяется прямо пропорционально квадрату тока). Следовательно, зная, чему равно установившееся превышение нагрева, соответствующее одной какой-либо величине длительной нагрузки , можно подсчитать, чему будет равно соответствующее любой другой величине длительная нагрузка :

.      (1)

В главе 1.3 ПУЭ [15] для различных проводников с разными условиями прокладки указаны длительно допустимые токи , соответствующие им установившиеся температуры жил  и температуры среды .