Друзья, приветствую! Меня давно интересует вопрос нагрева проводников и количество энергии, которое на это тратится.
В этой статье я постараюсь разобраться в этом вопросе. А вы, читатели, помогите в комментариях )
1. Ток, напряжение, сопротивление и нагрев
Есть закон Джоуля-Ленца, который можно записать так:
Мы можем найти Q - количество теплоты, правда не понятно, что с ним делать. И нужно придумать эквивалентную схему, или просто схему что и как мы собрались сравнивать и измерять.
2. Эквивалентная схема для измерения нагрева
Я хорошо представляю схему с перемычками от вводного автомата до кросс-модуля или гребенок. Предположим, ток = 100 Ампер. Я возьму три куска медного провода разных сечений - 2,5мм2, 10мм2 и 35мм2.
Мы сможем рассчитать необходимые параметры - сопротивление, и, следовательно, Q через удельное сопротивление.
В таблице выше я рассчитал сопротивление на метр и километр. Километр сходится со справочным значением для провода 2.5 мм2 = 7,5 Ом (у меня 7 Ом).
3. Рассчитаем температуру
Попробуем абстрактную "теплоту" перевести в более понятную температуру. Воспользуемся формулой:
T2=Q/cm+T1
4. Учтем рост сопротивления с температурой
При повышении температуры сопротивление растет. Это надо бы учесть. Нагретый кабель хуже проводит электрический ток, и, следовательно, еще больше нагревается.
По сути, удельное сопротивление повышается с ростом температуры. Вот нашел непонятную таблицу, но с подходящими цифрами.
Сверимся с моей собственной таблицей из другой статьи
Практически часто встречаются температуры 40 градусов, 60 градусов, редко 80 градусов.
5. Учтем излучение тепла или нагрев окружающей среды
И вот примерно тут всё становится плохо. Так как я не знаю, как рассчитать охлаждение воздухом, который при этом еще и движется, так как конвекцию никто не отменял.
Если использовать формулу из раздела 1, то идеально теплоизолированный проводник должен нагреться до бесконечности при прохождении через него тока в течение бесконечного времени, но практически так не происходит )
6. Проверка общеизвестных параметров максимального длительного тока
Не знаю удобно ли разобраться в этой таблице, но я использовал сначала данные k-ps для ПуВ, и мне не понравилось. После я использовал самые меньшие значения из таблицы ПУЭ, и это уже сходится с практикой.
Для 600 секунд у меня получаются +- адекватные значения, для часа уже нет.
Для тока 100А на 10 минутах (600 секунд) тоже получаются разумные значения. Возможно 2.5мм2 тоже нагреется до 189 градусов (тепловизор у меня больше 160 градусов не показывает).
Поскольку я использую Дж*с, а они вроде бы равны Вт, то не исключено, что столбец 3600 сек показывает мощность "эквивалентного нагревателя" или расход энергии за час (Вт/ч).
Вероятно, можно измерить падение напряжения на отрезке кабеля в пределах электрощита (на контактах рубильника измерить получилось), и зная ток - вычислить мощность потерь.
Заключение. Выводы.
В статье я поднял сложный для себя вопрос. Попытки изучить тему "экономической плотности тока" быстрого результата не дали. В основном речь там идет о высокой стороне.
Наиболее простым пока выглядит метод амперметра+вольтметра.
Также тема наводит на размышления о плавких вставках и их расчетах.
Делитесь мнениями в комментариях, а если знаете как рассчитать или разбираетесь в вопросе, то тем более!