Thể loại: Thợ điện Novice, Thợ điện công nghiệp
Số lượt xem: 14968
Bình luận về bài viết: 4
Điều gì xác định dòng cáp dài hạn cho phép
Điều gì xác định dòng cáp dài hạn cho phép? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta sẽ phải xem xét các quá trình nhiệt thoáng qua xảy ra trong các điều kiện khi một dòng điện chạy qua dây dẫn. Làm nóng và làm mát một dây dẫn, nhiệt độ của nó, kết nối với điện trở và mặt cắt - tất cả điều này sẽ là chủ đề của bài viết này.
Quá trình chuyển đổi
Để bắt đầu, hãy xem xét một dây dẫn hình trụ thông thường có chiều dài L, đường kính d, diện tích mặt cắt F, điện trở R, thể tích V, rõ ràng bằng F * L, qua đó dòng điện I chảy qua, nhiệt dung riêng của kim loại mà dây dẫn được tạo ra - C, khối lượng của dây dẫn bằng với
m = V * Ω,
Trong đó Ω là mật độ kim loại của dây dẫn, S = pi * d * L là diện tích của thành bên qua đó làm mát xảy ra, Tpr là nhiệt độ hiện tại của dây dẫn, T0 là nhiệt độ môi trường và theo đó, T = Tpr - T0 là nhiệt độ thay đổi. KTP là hệ số truyền nhiệt, đặc trưng bằng số lượng nhiệt truyền từ bề mặt đơn vị của dây dẫn trong 1 giây ở chênh lệch nhiệt độ 1 độ.
Hình vẽ cho thấy các đồ thị của dòng điện và nhiệt độ trong dây dẫn theo thời gian. Từ thời điểm t1 đến thời gian t3, dòng điện I chảy qua dây dẫn.
Ở đây bạn có thể thấy, sau khi bật dòng điện, nhiệt độ của dây dẫn tăng dần, và tại thời điểm t2 nó ngừng tăng, ổn định. Nhưng sau khi tắt dòng điện tại thời điểm t3, nhiệt độ bắt đầu giảm dần và tại thời điểm t4, nó lại trở nên bằng với giá trị ban đầu (T0).
Vì vậy, có thể viết phương trình cân bằng nhiệt, phương trình vi phân cho quá trình gia nhiệt của dây dẫn, trong đó sẽ phản ánh rằng nhiệt thoát ra trên dây dẫn được hấp thụ một phần bởi chính dây dẫn và một phần được cung cấp cho môi trường. Đây là phương trình:
Ở bên trái của phương trình (1) là lượng nhiệt giải phóng trong dây dẫn trong thời gian dt, dòng của I.
Thuật ngữ đầu tiên ở bên phải của phương trình (2) là lượng nhiệt được hấp thụ bởi vật liệu dây dẫn, từ đó nhiệt độ của dây dẫn tăng thêm theo độ dT.
Thuật ngữ thứ hai ở phía bên phải của phương trình (3) là lượng nhiệt được truyền từ dây dẫn ra môi trường trong thời gian dt, và nó liên quan đến diện tích bề mặt của dây dẫn S và chênh lệch nhiệt độ T thông qua hệ số dẫn nhiệt Ktp.
Đầu tiên, khi bật dòng điện, tất cả nhiệt lượng tỏa ra trong dây dẫn được sử dụng để làm nóng trực tiếp dây dẫn, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ của nó, và điều này là do công suất nhiệt C của vật liệu dây dẫn.
Khi nhiệt độ tăng, chênh lệch nhiệt độ T giữa bản thân dây dẫn và môi trường, tương ứng, tăng lên và nhiệt được tạo ra một phần đã tăng lên để tăng nhiệt độ môi trường.
Khi nhiệt độ của dây dẫn đạt đến giá trị ổn định của Tust, tại thời điểm này, toàn bộ nhiệt thoát ra từ bề mặt của dây dẫn được truyền ra môi trường, do đó nhiệt độ của dây dẫn không còn tăng nữa.
Giải pháp cho phương trình cân bằng nhiệt vi sai sẽ là:
Trong thực tế, quá trình nhất thời này kéo dài không quá ba hằng số thời gian (3 *) và sau thời gian này, nhiệt độ đạt 0,95 * Tust. Khi quá trình chuyển tiếp của quá trình gia nhiệt dừng lại, phương trình cân bằng nhiệt được đơn giản hóa và nhiệt độ ở trạng thái ổn định có thể dễ dàng được biểu thị:
Dòng điện cho phép
Bây giờ chúng ta có thể đi đến giá trị chính xác của dòng điện dường như là dòng điện cho phép dài hạn đối với dây dẫn hoặc cáp. Rõ ràng, đối với mỗi dây dẫn hoặc cáp có một nhiệt độ liên tục bình thường nhất định, theo tài liệu của nó.Đây là một nhiệt độ mà tại đó cáp hoặc dây có thể liên tục và trong một thời gian dài mà không gây hại cho chính nó và cho người khác.
Từ phương trình trên, rõ ràng là một giá trị hiện tại cụ thể được liên kết với nhiệt độ như vậy. Hiện tại được gọi là hiện tại cáp cho phép. Đây là một dòng điện như vậy, khi đi qua dây dẫn trong một thời gian dài (hơn ba hằng số thời gian), làm nóng nó đến mức cho phép, đó là Tdd nhiệt độ bình thường.
Ở đây: Idd - dòng điện dẫn dài hạn cho phép; TDD - nhiệt độ dây dẫn cho phép.
Để giải quyết các vấn đề thực tế, thuận tiện nhất là xác định dòng điện cho phép dài hạn theo các bảng đặc biệt từ PUE.
Trong trường hợp ngắn mạch, một dòng ngắn mạch đáng kể chạy qua dây dẫn, có thể làm nóng đáng kể dây dẫn, vượt quá nhiệt độ bình thường của nó. Vì lý do này, dây dẫn được đặc trưng bởi tiết diện tối thiểu dựa trên điều kiện làm nóng ngắn hạn dây dẫn bằng dòng điện ngắn mạch:
Ở đây: Ik - dòng điện ngắn mạch trong ampe; tp là thời lượng dòng ngắn mạch giảm tính bằng giây; C là một hệ số phụ thuộc vào vật liệu và cấu tạo của dây dẫn, và vào nhiệt độ cho phép ngắn hạn.
Phần kết nối
Bây giờ hãy xem làm thế nào dòng điện dài hạn cho phép phụ thuộc vào mặt cắt của dây dẫn. Đã biểu thị diện tích của thành bên thông qua đường kính của dây dẫn (công thức ở đầu bài viết), chấp nhận rằng điện trở có liên quan đến diện tích mặt cắt ngang và điện trở cụ thể của vật liệu của dây dẫn, và thay thế công thức nổi tiếng của điện trở vào công thức cho Idd :
Dễ dàng thấy rằng mối quan hệ giữa dòng điện dài hạn cho phép của dây dẫn Idd và mặt cắt F không tỷ lệ thuận với nhau, ở đây diện tích mặt cắt ngang được nâng lên công suất, có nghĩa là dòng điện dài hạn tăng chậm hơn so với mặt cắt ngang của dây dẫn. Các hằng số khác, chẳng hạn như điện trở suất, hệ số truyền nhiệt, nhiệt độ cho phép, là định nghĩa riêng cho từng dây dẫn.
Trong thực tế, sự phụ thuộc không thể trực tiếp, bởi vì tiết diện của dây dẫn càng lớn, điều kiện làm mát của các lớp bên trong của dây dẫn càng kém, nhiệt độ càng dễ chấp nhận ở mật độ dòng điện càng thấp.
Nếu bạn sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn hơn để tránh quá nóng, điều này sẽ dẫn đến việc tiêu thụ quá nhiều vật liệu. Sẽ có lợi hơn nhiều khi sử dụng một số dây dẫn có tiết diện nhỏ đặt song song, nghĩa là sử dụng dây dẫn đa lõi hoặc cáp. Và mối quan hệ giữa dòng điện cho phép dài hạn và diện tích mặt cắt ngang nói chung như sau:
Hiện tại và nhiệt độ
Để tính toán nhiệt độ của một dây dẫn với dòng điện đã biết và các điều kiện bên ngoài đã chỉ định, hãy xem xét trạng thái ổn định khi nhiệt độ của dây dẫn đạt Tust và không còn tăng nữa. Dữ liệu ban đầu - dòng I, hệ số truyền nhiệt Ktp, điện trở R, khu vực tường bên S, nhiệt độ môi trường xung quanh T0:
Một tính toán tương tự cho dòng điện liên tục:
Ở đây, T0 được lấy làm nhiệt độ môi trường tính toán, ví dụ + 15 ° C khi đặt dưới nước và trong lòng đất, hoặc + 25 ° C khi đặt trong không khí mở. Kết quả tính toán như vậy được đưa ra trong bảng dòng điện liên tụcvà đối với không khí, chúng có nhiệt độ + 25 ° C, vì đây là nhiệt độ trung bình của tháng nóng nhất.
Chia phương trình thứ nhất cho phương trình thứ hai và biểu thị nhiệt độ của dây dẫn, chúng ta có thể có được một công thức tìm nhiệt độ của dây dẫn ở dòng điện khác với mức cho phép dài hạn và ở nhiệt độ môi trường nhất định, nếu không sử dụng dòng điện dài hạn và nhiệt độ cho phép dài hạn. hằng số:
Từ công thức này có thể thấy rằng sự tăng nhiệt độ tỷ lệ với bình phương của dòng điện, và nếu dòng điện tăng 2 lần, mức tăng nhiệt độ sẽ tăng gấp 4 lần.
Nếu điều kiện bên ngoài khác với thiết kế
Tùy thuộc vào các điều kiện bên ngoài thực tế, có thể khác với các điều kiện được tính toán tùy thuộc vào phương pháp đặt, ví dụ, một số dây dẫn (cáp) đặt song song hoặc đặt trong mặt đất ở nhiệt độ khác nhau, cần phải điều chỉnh dòng điện tối đa cho phép.
Sau đó, hệ số hiệu chỉnh Kt được đưa vào, theo đó dòng điện cho phép dài hạn được nhân lên trong các điều kiện đã biết (dạng bảng). Nếu nhiệt độ bên ngoài thấp hơn nhiệt độ tính toán, thì hệ số này lớn hơn một, nếu nó cao hơn nhiệt độ tính toán, thì theo đó, Kt nhỏ hơn một.
Khi đặt một số dây dẫn song song rất gần nhau, chúng sẽ làm nóng lẫn nhau, nhưng chỉ khi môi trường xung quanh đứng yên. Điều kiện thực tế thường dẫn đến thực tế là môi trường di động (không khí, nước) và đối lưu dẫn đến làm mát các dây dẫn.
Nếu phương tiện gần như đứng yên, ví dụ, khi đặt trong đường ống dưới lòng đất hoặc trong ống dẫn, thì sự gia nhiệt lẫn nhau sẽ làm giảm dòng điện dài hạn cho phép, và ở đây bạn cần nhập lại hệ số hiệu chỉnh Kn, được đưa ra trong tài liệu về cáp và dây dẫn.
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: