Categories: Electricistes novells, Electricista industrial
Nombre de visualitzacions: 14968
Comentaris sobre l'article: 4
El que determina el corrent de cable permès a llarg termini
Què determina el corrent de cable permès a llarg termini? Per respondre a aquesta pregunta, haurem de considerar processos tèrmics transitoris que es produeixen en condicions quan un corrent elèctric flueix a través del conductor. Escalfar i refredar un conductor, la seva temperatura, la connexió amb la resistència i la secció transversal, tot això serà el tema d’aquest article.
Procés de transició
Per començar, considereu un conductor cilíndric convencional de longitud L, diàmetre d, àrea de secció F, resistència R, volum V, òbviament igual a F * L, pel qual flueix el corrent I, la calor específica del metall del qual està fabricat el conductor - C, la massa del conductor. és igual a
m = V * Ω,
on Ω és la densitat del metall del conductor, S = pi * d * L és l’àrea de la paret lateral a través de la qual es produeix el refredament, Tpr és la temperatura actual del conductor, T0 és la temperatura ambient i, en conseqüència, T = Tpr - T0 és el canvi de temperatura. El KTP és el coeficient de transferència de calor, que caracteritza numèricament la quantitat de calor transferida d’una superfície d’unitat d’un conductor en 1 segon a una diferència de temperatura d’1 grau.
La figura mostra gràfics del corrent i la temperatura del conductor al llarg del temps. De l’hora T1 a l’hora T3, el corrent fluïa pel conductor.
Aquí podeu veure com, després d’encendre el corrent, la temperatura del conductor puja gradualment, i en el moment t2 deixa d’augmentar-se, s’estabilitza. Però després d’apagar el corrent a l’hora T3, la temperatura comença a disminuir gradualment, i al moment t4 torna a ser igual al valor inicial (T0).
Així doncs, és possible anotar l’equació de l’equilibri de calor, una equació diferencial per al procés d’escalfament del conductor, on es reflectirà que la calor alliberada al conductor és parcialment absorbida pel propi conductor i que es dóna parcialment al medi. Aquí teniu l’equació:
Al costat esquerre de l’equació (1) hi ha la quantitat de calor alliberada al conductor durant el temps dt, el pas del corrent I.
El primer terme a la part dreta de l’equació (2) és la quantitat de calor absorbida pel material conductor, a partir de la qual la temperatura del conductor augmentà en graus dT.
El segon terme de l'equació (3) a la part dreta és la quantitat de calor que es va transferir del conductor al medi durant el temps dt i està relacionada amb la superfície del conductor S i la diferència de temperatura T mitjançant el coeficient de conductivitat tèrmica Ktp.
Primer, quan s’encén el corrent, tota la calor alliberada al conductor s’utilitza per escalfar directament el conductor, cosa que comporta un augment de la seva temperatura, i això es deu a la capacitat de calor C del material conductor.
Amb l'augment de la temperatura, la diferència de temperatura T entre el conductor i el medi ambient augmenta en conseqüència, i la calor generada parcialment ja augmenta la temperatura ambiental.
Quan la temperatura del conductor aconsegueix un valor estable constant de Tust, en aquest moment tota la calor alliberada de la superfície del conductor es transfereix a l’entorn, de manera que la temperatura del conductor ja no augmenta.
La solució a l’equació diferencial del balanç de calor serà:
A la pràctica, aquest procés transitori no dura més de tres constants de temps (3 * τ), i després d’aquest temps la temperatura arriba a 0,95 * Tust. Quan el procés de transició de la calefacció s’atura, l’equació de l’equilibri de calor es simplifica i es pot expressar fàcilment la temperatura en estat estable:
Corrent admissible
Ara podem arribar a què exactament el valor del corrent sembla ser un corrent admissible a llarg termini per a un conductor o cable. Evidentment, per a cada conductor o cable hi ha una certa temperatura contínua normal, segons la seva documentació.Aquesta és la temperatura a la qual un cable o cable pot estar contínuament i durant molt de temps sense fer mal a si mateix i a altres persones.
A partir de l'equació anterior, queda clar que un valor de corrent específic està associat a aquesta temperatura. Aquest corrent es diu corrent de cable admissible. Es tracta d’un corrent tal, que quan passa pel conductor durant molt de temps (més de tres constants de temps), s’escalfa a una temperatura permesa, és a dir, a temperatura normal Tdd.
Aquí: Idd - corrent de conductor admissible a llarg termini; TDD: temperatura del conductor admissible.
Per resoldre problemes pràctics, és més convenient determinar el corrent admissible a llarg termini segons taules especials del PUE.
En cas de curtcircuit, un corrent important de curtcircuit flueix pel conductor, que pot escalfar significativament el conductor, superant la seva temperatura normal. Per aquesta raó, els conductors es caracteritzen per una secció mínima basada en la condició d’escalfament a curt termini del conductor mitjançant un corrent de curtcircuit:
Aquí: Ik - corrent de curtcircuit en amperis; tp és la durada de corrent de curtcircuit reduït en segons; C és un coeficient que depèn del material i la construcció del conductor i de la temperatura permesa a curt termini.
Secció Connexió
Ara veiem com la corrent admissible a llarg termini depèn de la secció transversal del conductor. Després d’haver expressat l’àrea de la paret lateral pel diàmetre del conductor (la fórmula a l’inici de l’article), suposant que la resistència està relacionada amb l’àrea de secció transversal i la resistència específica del material del conductor, i substituint la coneguda fórmula de resistència per la fórmula d’Idd, que es dóna més amunt, obtenim una fórmula Idd corrent admissible a llarg termini. :
És fàcil veure que la connexió entre el corrent admissible a llarg termini del conductor Idd i la secció F no és directament proporcional, aquí l’àrea de secció transversal s’eleva a la potència ¾, cosa que significa que el corrent admissible a llarg termini augmenta més lentament que la secció del conductor. Per diferents conductor, per exemple, la resistència, el coeficient de transferència de calor, la temperatura admissible, són individuals per definició.
De fet, és que la dependència no pot ser directa, ja que com més gran sigui la secció del conductor, pitjors són les condicions de refrigeració de les capes interiors del conductor, més baixa s’aconsegueix la temperatura a una densitat de corrent inferior.
Si utilitzeu conductors de secció més gran per evitar un sobreescalfament, això comportarà un consum excessiu de material. És molt més rendible utilitzar diversos conductors de secció petita posats en paral·lel, és a dir, utilitzar conductors o cables multicor. I la relació entre el corrent admissible a llarg termini i l’àrea de secció transversal en el seu conjunt resulta així:
Corrent i temperatura
Per calcular la temperatura d’un conductor amb un corrent conegut i condicions externes especificades, considereu l’estat estacionari quan la temperatura del conductor arribi a Tust i ja no augmenti. Dades inicials: corrent I, coeficient de transferència de calor Ktp, resistència R, zona lateral de la paret S, temperatura ambient T0:
Un càlcul similar per a corrent continu:
Aquí, T0 es pren com a temperatura ambient calculada, per exemple, + 15 ° C per a la col·locació sota l'aigua i al sòl, o + 25 ° C per a la posada a l'aire lliure. Es donen els resultats d’aquests càlculs a taules de corrents continusi per l’aire prenen una temperatura de + 25 ° C, perquè aquesta és la temperatura mitjana del mes més calorós.
Dividint la primera equació per la segona i expressant la temperatura del conductor, podem obtenir una fórmula per trobar la temperatura del conductor a un corrent diferent del permès a llarg termini i a una temperatura ambiental determinada, si es coneix una corrent admissible a llarg termini i una temperatura permesa a llarg termini i no cal recórrer a un altre constants:
A partir d'aquesta fórmula es veu que la pujada de la temperatura és proporcional al quadrat del corrent, i si el corrent augmenta dues vegades, l'augment de la temperatura augmentarà 4 vegades.
Si les condicions externes difereixen del disseny
Segons les condicions externes reals, que poden diferir de les calculades segons el mètode de posada, per exemple, diversos conductors (cable) situats en paral·lel o posats al terra a una temperatura diferent, cal un ajust del màxim de corrent admissible.
A continuació, s’introdueix el factor de correcció Kt, pel qual el corrent admissible a llarg termini es multiplica en condicions (tabulars) conegudes. Si la temperatura externa és inferior a la calculada, el coeficient és superior a un; si és superior a la calculada, en conseqüència, Kt és inferior a un.
Quan hi hagi diversos conductors paral·lels molt a prop, s’escalfaran els uns als altres, però només si l’entorn dels voltants és estacionari. Les condicions actuals sovint condueixen al fet que el medi ambient és mòbil (aire, aigua) i la convecció condueix al refredament dels conductors.
Si el medi és gairebé estacionari, per exemple, quan s’està col·locant en una canonada a terra o en un conducte, l’escalfament mutu provocarà una disminució del corrent admissible a llarg termini, i aquí cal tornar a introduir el factor de correcció Kn, que es troba a la documentació per a cables i cables.
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: