Общие понятия о тепловом расчете кабеля

Вопрос о предельно допустимой температуре кабеля имеет большое значение, так как от нее зависят срок службы кабеля и надежность его работы. При нагревании кабеля наиболее быстрому старению подвергается изоляция, механическая прочность и эластичность которой при этом понижаются. Значения длительно допустимых температур в кабелях, принятые в различных странах, приведены в табл. 7.4.

Таблица 7.4 – Длительно допустимые температуры изоляции кабелей.

Основной целью теплового расчета является определение величины допустимого тока, при котором наибольшая температура в кабеле не превысит установленного значения

При включении постоянной нагрузки температура кабеля постепенно нарастает (неустановившийся режим) и после определенного промежутка времени принимает постоянное значение.

Практически наибольшая температура всегда соответствует жилам кабеля и слоям изоляции, непосредственно прилегающим к жилам. Поэтому тепловой расчет кабеля прежде всего сводится к определению температуры токоведущей жилы.

Ранее было введено понятие о тепловом сопротивлении кабеля (уравнение (7.30)). Аналогично можно рассматривать и тепловое сопротивление среды, окружающей кабель, S₀. Тогда температура жилы без учета потерь в диэлектрике может быть выражена упрощенной формулой

(7.48)

где Т₀ — температура окружающей среды;

∑Р_К — суммарные потери в кабеле; S_n — тепловое сопротивление защитных покровов.

Таким образом, для теплового расчета необходимо произвести следующие вычисления:

1.Определение потерь в жиле Р_ж, оболочках Р_об и изоляции (диэлектрические потери) P_д кабеля.

2. Определение тепловых сопротивлений:

а) изоляции кабеля и его защитных покровов;

б) среды, окружающей кабель.

Кроме того, необходимо учесть колебания температуры окружающей среды Т₀ за счет сезонных изменений температуры и посторонних источников тепла. Потери в токопроводящей жиле на единице длины кабеля при постоянном токе вычисляются по формуле

(7.49)

где δ = I/q — плотность тока в жиле, а/мм²;

ρ_о – удельное электрическое сопротивление жилы;

при 20° С; α — температурный коэффициент увеличения сопротивления меди и алюминия (0,004 град^-1).

Потери при переменном токе вычисляются по формуле

(7.50)

где сопротивление жилы переменному току вычисляется с учетом поверхностного эффекта и эффекта близости при заданной температуре жилы.

Потери в защитных металлических оболочках играют существенную роль в случае применения одножильных кабелей в сетях переменного тока. Они могут быть вычислены по формуле

(7.51)

В кабелях высокого напряжения влияние выделения тепла в изоляции за счет диэлектрических потерь становится весьма существенным. Диэлектрические потери могут быть вычислены (при условии независимости tgδ и ε от радиуса) по формуле

(7.52)