Для того чтобы определить, какие параметры оказывают влияние на длительно допустимый ток кабеля, следует для начала рассмотреть происходящие в условиях протекания электрического тока переходные тепловые процессы. Как известно, после включения тока происходит постепенное повышение температуры проводника, причем, в определенный момент времени нарастание тепловых показателей прекращается. В результате температура стабилизируется. Но как только ток будет отключен, температура начнет спадать до исходных значений.
Как этот процесс проистекает и какие факторы оказывают на его влияние? Прежде всего, выделяющееся в проводнике тепло при включении тока направлено непосредственно на нагрев самого проводника. Это и является первопричиной роста температуры, что, в свою очередь, связанно с теплоемкостью материала.
В процессе роста температуры между проводником и окружающей средой увеличивается разность температурных показателей. В связи с этим в определенный момент часть выделяемого тепла тратится на нагрев окружающей среды. В момент достижения температуры проводника установившегося стабильного значения окружающей среде начинает передаваться уже все выделяющееся тепло. Вместе с этим проводник перестает нагреваться.
Длительно допустимый ток
Итак, какое же значение следует присвоить длительно допустимому току для проводника или кабеля? Очевидно, каждый проводник или кабель обладает собственной нормальной длительной температурой, в соответствии с указанными в документации данными. При этой температуре кабель или провод может функционировать непрерывно долго, без риска нанести вред себе или окружающей среде.
Известно, что значению такой температуры соответствует определенное значение тока, который и называют длительно допустимым током проводника. При прохождении по проводнику силы тока с таким значением он будет нагреваться не выше рабочей температуры, т. е. такой, что является безопасной, как дл самого кабеля, так и для окружающей среды.
Если же возникает короткое замыкание, через проводник протекает ток короткого замыкания, под воздействием которого температура достигает критических значений. Поэтому при выборе проводника необходимо рассчитывать его сечение таким образом, чтобы он был способен выдержать кратковременное превышение нормальной температуры.
Влияние сечения кабеля на длительно допустимый ток
Изменение значений длительно допустимого тока вовсе не прямо пропорционально изменениям сечения проводника. Напротив, по сравнению с площадью поперченного сечения кабеля его длительно допустимый ток возрастает гораздо медленнее. Что касается остальных констант, которые должны быть известны при расчете длительно допустимого тока (удельное сопротивление, коэффициент теплопередачи и допустимая температура), то они индивидуальны для каждого проводника.
Практика лишь подтверждает вышеприведенное суждение: зависимость длительно допустимого тока от сечения проводника не может быть прямой. Ведь с увеличением сечения условия охлаждения внутренних слоев материала только ухудшаются. В связи с этим для достижения допустимой температуры приходится прикладывать ток меньшей плотности.
Учитывая сказанное, применение проводников увеличенного сечения с целью предотвращения перегрева крайне не рационально, поскольку такое решение приведет к значительному перерасходу материала. Более целесообразно использовать сочетание определенного количества параллельно уложенных проводников небольшого сечения. Именно в таком исполнении представлены многожильные провода.
Изменение длительно допустимого тока при отличии внешних и расчетных условий
В процессе прокладки в различных условиях (место и температура прокладки) может возникнуть необходимость в корректировке предельно допустимого тока. В этом случае принято использовать поправочный коэффициент, на который домножается длительно допустимый ток в соответствии с известными условиями.
Если несколько проводников прокладываются параллельно и располагаются очень близко друг к другу, возникнет эффект взаимного подогрева. Однако это возможно только в том случае, когда внешняя среда неподвижна. В реальных же условиях воздух или вода находятся в процессе постоянного движения, за счет чего, проводники постоянно охлаждаются.
При создании условий с действительно неподвижной внешней средой, к примеру, когда кабель прокладывают в трубе под землей, из-за взаимного подогрева значение длительно допустимого тока снижается. В данном случае также потребуется коррекция с использованием поправочного коэффициента, данные о котором содержатся в документации к проводам и кабелям.