Нагревание проводов и кабелей

Для неизолированных проводов воздушных линий электропередач основную роль играет передача тепла посредством конвекции, т. е. охлаждение нагретого провода движущимся потоком воздуха. Отдача тепла посредством лучеиспускания в данном случае невелика, так как температура проводов воздушных линий при нормальной эксплуатации не превышает 70 °С. Отдача тепла посредством теплопроводности в рассматриваемом случае практически не играет заметной роли из-за плохой теплопроводности воздуха.

При охлаждении прокладываемых в воздухе изолированных проводов и кабелей отдача тепла с их внешней поверхности происходит по тому же закону, как и для неизолиро­ванных проводов. Но при нагревании изолированных проводов и кабелей тепловой поток, пре­жде чем достичь внешней его поверхности, должен преодолеть тепловое сопротивление изоли­рующих и защитных покровов. Это обстоятельство ухудшает условия охлаждения изоли­рованных проводов по сравнению с неизолированными.

Наиболее часто для прокладки в воздухе применяются провода и кабели с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией. Наибольшая допустимая температура определяется сохранно­стью изоляции. Длительный срок службы теплостойкой резиновой изоляции гарантируется при температуре, не превышающей + 65 °С, а полихлорвиниловой изоляции при температуре не бо­лее + 70 °С. При более высокой температуре резиновая изоляция становится хрупкой, поли­хлорвиниловая изоляция размягчается, и изоляционная оболочка провода или кабеля перестает удовлетворять требованиям.

Кабели с бумажной изоляцией получили широкое распространение при выполнении на­ружных электрических сетей городов и промышленных предприятий. Для таких сетей наиболее распространенным способом прокладки является прокладка в земляных траншеях. Условия ох­лаждения проложенных в земле кабелей отличаются от условий охлаждения проводов, прокладываемых на воздухе вследствие более высокой теплопроводности земли. Кабели про­кладываются в земле на глубине 0,7... 1,0 м, где температура значительно отличается от темпе­ратуры воздуха. Наибольшая среднемесячная температура почвы для большинства районов средней полосы России близка к + 15°С. Под нормальными условиями подразумевается про­кладка в земле одного кабеля при температуре почвы + 15°С для среднего грунта с удельным сопротивлением 120 Ом см.

Для кабелей с бумажной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке допустимая температура жил определяется устойчивостью к нагреванию кабельной бумаги и недопустимо­стью образования пустот внутри кабеля. Допустимая температура жил кабеля с бумажной изо­ляцией зависит от напряжения, на которое он рассчитан. При повышении допустимая темпера­тура жил кабеля понижается. Для кабелей с бумажной изоляцией на напряжение до 3 кВ допус­тимая температура + 80 °С, для кабелей на напряжение 6 кВ допустимая температура + 65 °С, для кабелей на напряжение 10 кВ допустимая температура +60°С.

Способ прокладки и масса проводника определяют величину постоянной времени нагре­ва:

T = С / Л,                                                                           (9.3)

где С - практически неизменная при реальных значениях температур теплоемкость про­водника; A₀ - коэффициент теплоотдачи, учитывающий суммарную отдачу тепла в окружаю­щую среду за счет теплопроводности, лучеиспускания и конвекции.

Постоянную времени нагревания проводников, проложенных на открытом воздухе, можно принять независимой от времени нагрева. Значения постоянной времени нагрева T₀ для

открыто проложенных проводов и кабелей в зависимости от их сечения и номинального напря­жения изменяются в пределах 3...60 мин.

Постоянная времени нагрева кабелей, проложенных в земле, зависит от времени нагрева. По данным испытаний, постоянная времени нагрева кабелей, проложенных в земле, и времени максимума нагрузки от 2 до 5 ч равна 3 ... 4 ч.

Таким образом, постоянная времени нагрева открыто проложенных проводников гораздо меньше, чем проложенных в траншеях. При прокладке изолированных проводников в трубах условия их охлаждения значительно ухудшаются. Постоянную времени нагрева кабелей, про­ложенных в трубах, при длительности мало меняющейся нагрузки от 2 до 5 ч можно принять равной 1 ... 2 ч.