- Занижение сечения токопроводящих жил
- Введение
- Выводы
- От чего зависит назначаемая токовая нагрузка?
- Логическая цепочка, по которой задают номинальную силу тока для конкретного сечения
- Зависимость срока службы от длительного перегрева изоляции
- Нормы занижения сечения кабелей и проводов
- Материалы изоляции и их электрические сопротивление
Занижение сечения токопроводящих жил
Содержание (ссылки для быстрого перехода ниже в текст):
Введение
В погоне за низкой ценой заводы-изготовители кабельно-проводниковой продукции стран СНГ занижают площадь сечения токопроводящей жилы. Утверждение справедливо для украинского рынка – кабель с чётким сечением не найти.
Весомая составляющая себестоимости в кабелях – цена цветного металла (алюминия или меди), поэтому для снижения затрат на изготовление:
- занижают сечение токопроводящей жилы;
- изготавливают жилу не из чистой меди или алюминия, а из биметалла, вплоть до применения стали, покрытой тонким слоем меди для визуализации.
Поставляем кабели и провода из чистой электротехнической меди либо алюминия (марка М1 и АД0 соответственно), у которых нормировано электрическое сопротивление (значение прописано в сертификате соответствия).
Выхода три:
- покупать качественные европейские аналоги (жила в точности соответствует номиналу, но цена выше);
- учитывая заниженное сечение:
- приобретать больший номинал жилы (нужны дополнительные деньги);
- покупать заданный номинал из-за экономии средств.
Подробнее рассмотрим ситуацию, когда покупаете кабельные изделия с заниженным сечением заданного маркоразмера (последний экономный выход), при этом понимаете негативные стороны.
Слева изображение, которое наглядно показывает, что одновременно совместить получается только два фактора из трёх – «Быстро», «Дёшево» или «Качественно».
Выводы
- перегрев изоляции без пробоя;
- что незначительно снизит общий срок службы изделия, ввиду ускоренного теплового старения изоляционного покрова во время избыточного нагрева (то есть ускоренное старение возникнет только при номинальной токовой нагрузке).
- периоды снижения потребляемой мощности не ведут к перегреву изоляции, так как действующий ток меньше номинального (например, в ночное время, во время работы не всех электроприборов);
- зимние периоды, когда температура окружающей среды снижает температуру эксплуатации проводника.
От чего зависит назначаемая токовая нагрузка?
Логическая цепочка, по которой задают номинальную силу тока для конкретного сечения
1. предельная долговременная температура нагрева изоляции, при которой электрическое сопротивление имеет допустимое значение;
2. допустимый нагрев токопроводящей жилы с учётом запаса;
3. долговременная токовая нагрузка.
Ещё раз для понимания сказанного (цепочка в обратном порядке):
- продолжительно протекающий ток, вызывает нагревание жилы;
- прогретая жила передаёт тепловую энергию на изоляцию;
- изоляция с увеличением температуры снижает своё электрическое сопротивление (при критическом значение происходит пробой);
- допустимый нагрев изоляционного покрова отвечает диапазону +65 °С ≤ t ≤ +75 °С, при котором изоляция имеет достаточное электрическое сопротивление для исключения пробоя.
Отсюда, токовая нагрузка напрямую зависит от наибольшей температуры работы изоляции.
При снижении сечения, заданная токовая нагрузка приводит к дополнительному нагреву жилы и изоляции. Что в свою очередь снижает срок службы изоляционного покрова, так как материал меняет свою структуру и химический состав. Рассмотрим зависимость срока службы от перегрева.
Зависимость срока службы от длительного перегрева изоляции
В первом приближение возьмём формулу из исследований учёных Монтзингера, Мозеса и Бусинга. Её также называют правилом 8 градусов.
Она определяет влияние повышенных температур на механические свойства изоляции электродвигателей. Измерялась прочность на разрыв и выдерживаемое число перегибов. При тепловом старении из состава изоляции улетучиваются пластификаторы, происходят химические реакции, вследствие чего снижаются механические и электрические характеристики. Потеря эластичности идёт одновременно со снижением диэлектрических свойств. Опыты показали, что при повышении температуры на 8 °С относительно допустимой (условие для всего периода эксплуатации), прочность на разрыв снижалась в 2 раза. Однако следует иметь ввиду, что описанное превышение колеблется в пределах 8-12 °С по другим рекомендациям.
Тсл1 – срок службы при повышенных температурах;
Тсл2 – срок службы при нормальной (допустимой) температуре;
t1 – значение повышенной температуры в градусах Цельсия;
t2 – значение нормальной температуры в градусах Цельсия;
△t – добавочная температура, при которой прочность на разрыв снижается в 2 раза (выбирается из условия 8 °С ≤ △t ≤ 12 °С).
Теперь перейдём к конкретике.
При температуре нагрева токопроводящей жилы t2 = +70 °С:
- срок службы промышленного кабеля ВВГ равен Тсл2 = 30 годам;
- срок службы бытового провода ПВС равен Тсл2 = 10 годам.
△t = 8 °С – наименьшее значение из предложенного выше диапазона.
Просчитаем для примера, учитывая условные значения температур (действующую температуру Тсл1 нужно измерять пирометром во время эксплуатации):
Кабель ВВГ (указанная температура должна воздействовать на всём периоде работы):
- при t1 = +77 °С прослужит Тсл1 = 16,35 лет;
- при t1 = +250 °С (короткое замыкание) выдержит Тсл1 = 5,057∙10 -6 лет ≈ 159 секунд.
- при t1 = +77 °С прослужит Тсл1 = 5,45 лет;
- при t1 = +250 °С (короткое замыкание) выдержит Тсл1 = 1,686∙10 -6 лет ≈ 53 секунды.
Поэкспериментируйте самостоятельно в Excel формула =СТЕПЕНЬ(2;-х), где х – отрицательное число равное соотношению за двойкой из формулы.
О других преимуществах применения кабеля ВВГ в бытовой электропроводке вместо провода ПВС в отдельной статье.
Нормы занижения сечения кабелей и проводов
- ГОСТ 22483-77 пункт 2.8 на странице 10;
- ГОСТ 22483-2012 пункт 2.2 на странице 4.
Так как намеренно либо по-незнанию забывают определяющий параметр – электрическое сопротивление токопроводящей жилы. Не качественный металл (с содержанием примесей) или биметалл может иметь по геометрическим расчётам верное сечение, но будет иметь большее электрическое сопротивление.
Рассчитаем нормы занижения сечения популярных кабелей и проводов исходя:
- из значения удельного электрического сопротивления меди и алюминия;
- и из электрического сопротивления жилы R20, приведенного к 1 километру, изъятого из таблиц 1-6 нормативного документа ГОСТ 22483-77.
Удельное электрическое сопротивление меди ρ = 0,01724-0,01800 Ом·мм 2 /м и алюминия ρ = 0,0262-0,0295 Ом·мм 2 /м. Диапазон обусловлен химической чистотой металла, разными методами термической и механической обработки.
Формула расчёта площади поперечного сечения: S = ρ · 1000 / R20.
Где:
- S – площадь сечения в мм 2 ;
- ρ – удельное электрическое сопротивление при температуре +20 °С в Ом·мм 2 /м;
- 1000 – перевод метров в километры;
- R20 – электрическое сопротивление постоянному току приведенное к 1 км при температуре +20 °С, измеряется в Ом/км.
Нормы занижения сечения кабеля ВВГ и КВВГ, а также их производных:
Номинальное сечение, мм 2 | R20, Ом/км | Расчётное сечение S, мм 2 при ρ = 0,01724 | Расчётное сечение S, мм 2 при ρ = 0,01800 | Максимальное занижение, % |
1.0 | 18.1 | 0.952 | 0.994 | 4.75 |
1.5 | 12.1 | 1.425 | 1.488 | 5.01 |
2.5 | 7.41 | 2.327 | 2.429 | 6.94 |
4 | 4.61 | 3.740 | 3.905 | 6.51 |
6 | 3.08 | 5.597 | 5.844 | 6.71 |
10 | 1.83 | 9.421 | 9.836 | 5.79 |
16 | 1.15 | 14.991 | 15.652 | 6.30 |
25 | 0.727 | 23.714 | 24.759 | 5.14 |
35 | 0.524 | 32.901 | 34.351 | 6.00 |
50 | 0.387 | 44.548 | 46.512 | 10.90 |
70 | 0.268 | 64.328 | 67.164 | 8.10 |
95 | 0.193 | 89.326 | 93.264 | 5.97 |
120 | 0.153 | 112.680 | 117.647 | 6.10 |
150 | 0.124 | 139.032 | 145.161 | 7.31 |
185 | 0.0999 | 172.555 | 180.162 | 6.73 |
240 | 0.0754 | 228.647 | 238.727 | 4.73 |
Нормы занижения сечения кабелей АВВГ и АКВВГ и их производных:
Номинальное сечение, мм 2 | R20, Ом/км | Расчётное сечение S, мм 2 при ρ = 0,0262 | Расчётное сечение S, мм 2 при ρ = 0,0295 | Максимальное занижение, % |
2.5 | 12.1 | 2.165 | 2.438 | 13.39 |
4 | 7.41 | 3.536 | 3.981 | 11.61 |
6 | 5.11 | 5.127 | 5.773 | 14.55 |
10 | 3.08 | 8.506 | 9.578 | 14.94 |
16 | 1.91 | 13.717 | 15.445 | 14.27 |
25 | 1.20 | 21.833 | 24.583 | 12.67 |
35 | 0.868 | 30.184 | 33.986 | 13.76 |
50 | 0.641 | 40.874 | 46.022 | 18.25 |
70 | 0.443 | 59.142 | 66.591 | 15.51 |
95 | 0.320 | 81.875 | 92.188 | 13.82 |
120 | 0.253 | 103.557 | 116.601 | 13.70 |
150 | 0.206 | 127.184 | 143.204 | 15.21 |
185 | 0.164 | 159.756 | 179.878 | 13.65 |
240 | 0.125 | 209.600 | 236.000 | 12.67 |
Допустимое снижение площади сечения кабеля КГ, проводов РПШ и ПВС, шнура ШВВП:
Номинальное сечение, мм 2 | R20, Ом/км | Расчётное сечение S, мм 2 при ρ = 0,01724 | Расчётное сечение S, мм 2 при ρ = 0,01800 | Максимальное занижение, % |
0.50 | 39.0 | 0.442 | 0.462 | 11.59 |
0.75 | 26.0 | 0.663 | 0.692 | 11.59 |
1.0 | 19.5 | 0.884 | 0.923 | 11.59 |
1.5 | 13.3 | 1.296 | 1.353 | 13.58 |
2.5 | 7.98 | 2.160 | 2.256 | 13.58 |
4 | 4.95 | 3.483 | 3.636 | 12.93 |
6 | 3.30 | 5.224 | 5.455 | 12.93 |
10 | 1.91 | 9.026 | 9.424 | 9.74 |
16 | 1.21 | 14.248 | 14.876 | 10.95 |
25 | 0.780 | 22.103 | 23.077 | 11.59 |
35 | 0.554 | 31.119 | 32.491 | 11.09 |
50 | 0.386 | 44.663 | 46.632 | 10.67 |
70 | 0.272 | 63.382 | 66.176 | 9.45 |
95 | 0.206 | 83.689 | 87.379 | 11.91 |
120 | 0.161 | 107.081 | 111.801 | 10.77 |
150 | 0.129 | 133.643 | 139.535 | 10.90 |
185 | 0.106 | 162.642 | 169.811 | 12.09 |
240 | 0.0801 | 215.231 | 224.719 | 10.32 |
Материалы изоляции и их электрические сопротивление
В промышленных и бытовых проводниках применяется поливинилхлоридный пластикат, полиэтилен и резина. Полный перечень применяемых материалов представлен в статье по конструкции.
Поливинилхлоридная изоляция (ПВХ пластикат) и полиэтилен применяются в кабелях ВВГ, АВВГ, ПВС, ШВВП, КВВГ и других
Температура и состояние изоляции:
Источник