Page 31 - elektro.info 1-2/2020 demo

kable i przewody
kable i przewody

wpływ zwarć na pracę

przewodów ułożonych

wielowarstwowo

dr inż. Zbigniew Skibko – Politechnika Białostocka

Projektując nową instalację elektryczną bądź też wykonując modernizację istniejącej
należy właściwie dobrać przekroje żył stosowanych przewodów. Doboru tego doko-
nuje się przede wszystkim ze względu na kryterium obciążalności prądowej długotrwa-
łej. Nie można jednak przy tym pominąć wpływu zwarć na pracę analizowanej instalacji
elektrycznej. W artykule przedstawiona zostanie analiza wpływu zwarć w przewodzie
ułożonym w kilku stykających się ze sobą warstwach na pozostałe przewody znajdujące
się w danym układzie.

charakterystyka zjawisk W materiałach izolacyjnych rów- ϑ, w [°C]
cieplnych w przewodach nanie przewodnictwa ciepła uprasz- 360 1 2 Rys. SZ. Skibko
340
elektrycznych cza się do postaci: 320 3 4
300
∂ϑ 280 5
2
e wszystkich elementach ob- = χ 2 ∇ ϑ (2) 260
Wwodów elektrycznych, a więc ∂t 240
i w przewodach elektrycznych, po- gdzie: 220
200
2
wstają straty cieplne. Występują one χ – przewodność temperaturowa wy- 180
zarówno w żyłach przewodu, jak rażona zależnością: 160
140
również w jego izolacji. Przyczyną λ 120
występowania strat cieplnych χ = (3) 100 80
w dielektrykach może być między c 60
innymi zmienne pole magnetyczne. Spotykane w praktyce sposoby wy- 0,2 0,6 1 1,4 1,8 2,2 2,6 3 3,4 3,8 4,2 4,6 5 t, w [s]
Wartości tych strat przy częstotli- miany ciepła z otoczeniem zależą od Rys. 1. Wykres zależności temperatury przewodu miedzianego o przekro-
2
wości 50 Hz są na ogół niewielkie rodzaju przewodu oraz warunków ju 2,5 mm , nagrzewanego od temperatury 70°C prądem zwarciowym
i mogą być pomijalne. Dlatego jego pracy. Chłodzenie powierzch- I = 200 A, w zależności od czasu trwania zwarcia. Objaśnienia: 1 – prze-
wód goły, 2 – przewód o izolacji z PVC grubości 0,5 mm, 3 – przewód o izo-
w dalszych rozważaniach izolacja ni zewnętrznej przewodów izolowa- lacji z PVC grubości 1 mm, 4 – przewód o izolacji z PVC grubości 1,5 mm,
5 – przewód o izolacji z PVC grubości 2 mm
przewodu będzie traktowana jako nych, umieszczonych w powietrzu,
materiał przewodzący ciepło wy- odbywa się w dwojaki sposób: przez du o wartości wielokrotnie przekra- ły włókniste nasycone lub zanurzone
tworzone w obciążonych żyłach promieniowanie oraz poprzez kon- czającej wartość prądu dopuszczalne- w oleju, emalia) wykazały, że w zakre-
przewodu. wekcję swobodną. Temperatura żył go długotrwale. Mimo że ze wzglę- sie temperatur ponad 110°C wzrost
Przewodnictwo ciepła w przewod- przewodu jest wyższa od temperatury dów bezpieczeństwa dąży się do temperatury o 8°C skraca dwukrot-
nikach elektrycznych, przez które pły- na jego powierzchni o spadek tempe- jak największego ograniczania cza- nie czas użytkowania izolacji. Podob-
nie prąd elektryczny, opisuje się rów- ratury w warstwie izolacji wynikający sów trwania prądów zwarciowych, ne wyniki otrzymał M. Clark przy ba-
naniem [1]: z równania (2). Ponieważ pole prze- to temperatura, jaką osiąga wówczas daniu wytrzymałości izolacji papie-
kroju poprzecznego żył przewodów przewód, znacznie przekracza war- rowej zanurzonej w oleju. Montsin-
∂ ϑ
λ
ρ⋅J 2 t () = ⋅ c −∇ 2 ϑ (1) jest stosunkowo małe, wobec tego tość temperatury dopuszczalnej dłu-
∂t
temperaturę całej powierzchni żyły gotrwale. Przekroczenie temperatury streszczenie
gdzie: można uważać za jednakową. dopuszczalnej długotrwale powodu- W artykule opisano zjawiska cieplne za-
r – oporność właściwa przewodnika, je znaczne zmniejszenie właściwości chodzące w przewodach elektrycznych
J (t) – chwilowa gęstość prądu, nagrzewanie się izolacyjnych, a co za tym idzie i ży- pod wpływem przepływającego przez nie
prądu zwarciowego. Przedstawiono rów-
c – ciepło właściwe danego materiału, przewodów pod wpływem wotności izolacji przewodu. Przepro- nież wyniki badań laboratoryjnych obra-
ϑ – temperatura, prądów zwarciowych wadzone przez Montsingera badania zujących wpływ zwarcia występującego
t – czas, wytrzymałości mechanicznej izolacji w jednym z przewodów tworzących układ
wielowarstwowy na przewody sąsiednie.
λ – przewodność cieplna danego ma- Cechą charakterystyczną obwo- włóknistej klasy A (klasa A – baweł- Słowa kluczowe: układ wielowarstwowy,
teriału. dów zwarciowych jest przepływ prą- na, jedwab, papier i podobne materia- zwarcie, przyrost temperatury.

www.elektro.info.pl nr 1-2/2020
76