Допустимый длительный ток проводов¶

Допустимый длительный ток проводов — это максимальная величина электрического тока, которая может длительно протекать по проводнику при нормальных условиях эксплуатации, не вызывая нагрева его токоведущих жил выше установленных норм. Данный параметр является основополагающим при проектировании электрических сетей и выборе сечения кабельно-проводниковой продукции.

¶Физическая сущность явления

При прохождении электрического тока по проводнику выделяется тепловая энергия, количество которой пропорционально квадрату силы тока и активному сопротивлению жилы (закон Джоуля — Ленца). Выделяемое тепло частично рассеивается в окружающую среду, а частично повышает температуру самого проводника. Допустимый длительный ток соответствует такому тепловому балансу, при котором установившаяся температура жилы не превышает предельно допустимую для данного типа изоляции.

Для большинства распространённых изоляционных материалов (ПВХ, полиэтилен, резина) предельная длительная температура нагрева жил составляет +65…+70 °C. Для изоляции из сшитого полиэтилена и некоторых видов резины допускается нагрев до +90 °C.

¶Нормирование и справочные данные

Значения допустимых длительных токов регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), а также государственными стандартами (ГОСТ 31996-2012, ГОСТ Р 53769-2010 и др.). В нормативных документах приводятся таблицы, в которых для каждого стандартного сечения жилы указано допустимое значение тока в зависимости от:

• материала токопроводящей жилы (медь или алюминий);
• типа изоляции и конструкции кабеля;
• способа прокладки (открыто, в трубе, в земле, в лотке);
• количества совместно проложенных жил или кабелей.

¶Примерные значения для медных жил с резиновой и ПВХ-изоляцией (при прокладке открыто)

Для алюминиевых жил аналогичные значения тока примерно в 1,6 раза ниже, что обусловлено меньшей удельной проводимостью алюминия.

¶Влияющие факторы

На величину допустимого длительного тока влияет совокупность условий прокладки и эксплуатации:

• Температура окружающей среды. При повышении температуры воздуха или грунта теплоотдача ухудшается, поэтому допустимый ток снижается. Для расчётов применяются поправочные коэффициенты.
• Способ прокладки. При прокладке в трубах, кабельных каналах или пучках ухудшается естественное охлаждение, что требует снижения токовой нагрузки по сравнению с открытой прокладкой.
• Количество совместно проложенных кабелей. При групповой прокладке кабели нагревают друг друга, что также учитывается понижающими коэффициентами.
• Материал изоляции. Кабели с термостойкой изоляцией (кремнийорганическая резина, сшитый полиэтилен) допускают более высокие рабочие температуры и, соответственно, большие токи при том же сечении.

¶Практическое применение

Выбор сечения проводников по допустимому длительному току является обязательным условием при проектировании электропроводок, линий электропередачи и распределительных устройств. Расчётный ток нагрузки не должен превышать табличного значения допустимого тока для выбранного сечения с учётом всех поправочных коэффициентов.

Дополнительно проверяется соответствие выбранного сечения условиям защиты автоматическими выключателями и предохранителями: ток срабатывания защитного аппарата должен быть согласован с допустимым током проводника, чтобы исключить перегрев изоляции при перегрузках.

Несоблюдение требований по допустимому длительному току приводит к перегреву изоляции, её преждевременному старению, снижению механической и электрической прочности, а в аварийных случаях — к коротким замыканиям и пожарам.

¶Особенности для кабельных линий

Для кабелей, проложенных в земле, допустимый длительный ток зависит от теплового сопротивления грунта, его влажности и глубины прокладки. В сухих песчаных грунтах теплоотвод хуже, чем во влажной глинистой почве, что требует корректировки допустимых нагрузок. При прокладке в земле нескольких параллельных кабелей учитывается взаимный нагрев.

Для воздушных линий электропередачи допустимый длительный ток проводов определяется не только нагревом, но и механической прочностью: чрезмерный нагрев снижает прочность алюминиевых и сталеалюминиевых проводов, увеличивая их провисание.