Wpływ prądów przeciążeniowych na temperaturę przewodów ułożonych wielowarstwowo

W celu prawidłowego doboru przekrojów przewodu należy przeanalizować wpływ bezpośredniego otoczenia danego przewodu na jego temperaturę. Dodatkowym źródłem ciepła dla przewodów tworzących układ wielowarstwowy może być jeden z przewodów, przez który przepłynął prąd przetężeniowy. Istotne więc jest określenie wpływu przypływu prądu przeciążeniowego przez jeden z przewodów tworzących układ wielowarstwowy na pozostałe przewody znajdujące się w tym układzie.

Przeciążenia elektryczne są dość powszechnym zjawiskiem występującym w instalacjach elektrycznych. Charakteryzują się one znacznie mniejszymi wartościami prądów, w porównaniu z wartościami prądów zwarciowych, ale za to czas przepływu takiego prądu jest wielokrotnie dłuższy niż przy zwarciach. Może to powodować przekazywanie ciepła przez przeciążony przewód do otoczenia (pojemność cieplna nie jest w stanie zabsorbować całego wygenerowanego w przewodzie ciepła), a co za tym idzie może prowadzić do podwyższania temperatury pozostałych przewodów tworzących układ wielowarstwowy (podczas pracy normalnej tych przewodów).

W celu określenia wpływu prądów przeciążeniowych na przewody ułożone w kilku stykających się ze sobą warstwach, zostały przeprowadzone przez autora badania laboratoryjne. Wykonano je na stanowisku laboratoryjnym, którego schemat przedstawiono na rysunku 1. Badaniami zostały objęte przewody pięciożyłowe typu YDYżo, ułożone w powietrzu, w siatkowym korytku instalacyjnym. Pomiaru temperatury dokonano przy użyciu rejestratora szesnastokanałowego MPI 16 firmy Metronic, wyposażonego w platynowe czujniki temperatury PT100 i PT1000. Czujniki platynowe wyróżniają się dużą stałością właściwości fizycznych i odpornością na korozję. Mogą być one stosowane (w atmosferze obojętnej) do temperatury 1000°C [4]. Ponadto platyna, w odróżnieniu od innych metali, charakteryzuje się prawie liniowym przyrostem rezystywności w funkcji temperatury, w szerokim zakresie temperatur. Czujniki temperatury przymocowywane były do powierzchni przewodów za pomocą przylepca kreślarskiego. Z analizy przeprowadzonej w [6] wynika, że taki sposób mocowania termoelementów powoduje najmniejsze zniekształcenie – w porównaniu do rzeczywistego – występującego pola temperatury.

Wszystkie przewody tworzące układ wielowarstwowy zostały najpierw obciążone prądem dopuszczalnym długotrwale IZ (wartości prądu IZ przyjęto na podstawie [2, 3]), przy którym temperatura maksymalna występująca w układzie przewodów nie przekraczała temperatury dopuszczalnej długotrwale (70°C dla izolacji polwinitowej [1]). Następnie przez trzy żyły fazowe jednego z przewodów zainicjowano przepływ prądu przeciążeniowego o natężeniu większym niż natężenie prądu dopuszczalnego długotrwale. W wyniku przeprowadzonych badań otrzymano krzywe temperatur w zależności od sposobu ułożenia przewodów oraz miejsca ułożenia czujnika temperatury.

Na rysunku 2. zamieszczono schemat przedstawiający miejsca pomiaru temperatury w przykładowym układzie dwuwarstwowym. Wybrane wykresy temperatury w funkcji czasu dla przewodów typu YDYżo 5×6 mm², ułożonych w dwóch warstwach po osiem przewodów w warstwie, przedstawiono na rysunku 3. Przewody we wstępnej fazie badań zostały obciążone prądem dopuszczalnym długotrwale (dla analizowanego układu I_Z=20 A [2, 3]), a następnie jeden z przewodów (oznaczony kolorem niebieskim z czerwoną obwolutą) był obciążany prądem przeciążeniowym w określonym czasie.

Z analizy przebiegu krzywych nagrzewania przedstawionych na rysunku 3a wynika niewielki wpływ prądu przeciążeniowego przepływającego przez jeden z przewodów na pozostałe przewody wchodzące w skład układu wielowarstwowego. Przyrost temperatury wokół przewodu, w którym wystąpiło krótkotrwałe przeciążenie, jest niewielki w stosunku do temperatury dopuszczalnej długotrwale dla przewodów o izolacji polwinitowej (70°C [1]) i nie przekracza 0,6°C.