Припустиме навантаження на неізольовані провода

Коли електричний струм проходить по проводу, виділяється теплота, обумовлена законом Джоуля-Ленца.

Провід нагрівається проходячим по ньому струмом до температури, при якій кількість теплоти, одержуваної проводом, стає рівним кількості теплоти, що віддається його поверхнею, навколишньому середовищу. У міру підвищення температури проводу швидкість її наростання знижується.

Для даного проводу при заданому струмові перевищення температури над температурою навколишнього середовища - величина постійна, якщо незмінні навколишні умови (сила вітру, опади й т.п.).

Втрати теплоти проводами повітряних ліній відбуваються головним чином за рахунок конвекції, тобто теплового руху повітря, що оточує проводи. Значно менше втрати теплоти при випромінюванні й зовсім незначна кількість - за рахунок теплопровідності повітря. Сказане раніше відноситься також до ізольованих проводів і кабелів, прокладеним в повітрі в блоках, каналах і т.п. У кабелів, прокладених безпосередньо в землі, віддача теплоти відбувається тільки завдяки теплопровідності ґрунту.

Температура проводів не повинна перевищувати встановленого значення. Тому завдання розрахунків - визначити струм, який можна пропустити по проводу за даних умов, для того щоб температура проводу не перевершила припустиму.

Для неізольованих проводів повітряних ліній максимальна припустима температура не повинна перевищувати 70 °С. Таке невелике значення пояснюється не побоюваннями за стан проводу, а необхідністю створення надійних з’єднань. Справа в тому, що при підвищенні температури підсилюються окисні процеси й на проводах утворюються окиси з високим опором. Це збільшує опір контакту, а виходить, і кількість виділюваної в ньому теплоти. Температура з’єднання росте, збільшується окислення і т.д. до повного руйнування проводу в місці з’єднання.

Гранична температура неізольованих проводів, прокладених усередині будинків, також не повинна перевищувати 70 °С. Це обумовлено необхідністю забезпечити пожежну безпеку й виключити неприємний запах, що виникає внаслідок сухого спікання пилу, що осідає на поверхні проводів.

Для проводів, розташованих усередині приміщень, за розрахункову приймають максимальну середньомісячну температуру повітря. Звичайно при розрахунках вона буває задана.

Якщо температура проводу встановилася, то це означає, що кількість отриманої теплоти дорівнює кількості відданої теплоти, тобто

звідки

Підставляючи одержуємо

Ця формула визначає припустимий для проводу струм, якщо відомі всі інші вхідні в неї величини. Звичайно припустимий струм знаходять не по формулі, а по таблицях. Однак цю формулу можна використовувати для визначення значень при інших умовах роботи проводу.

Нехай припустимий струм для даних умов

Тому що коефіцієнт тепловіддачі поверхні проводу міняється в невеликих межах при зміні температури, то значення для нових умов, набере вигляду

звідки після скорочення

Знаходимо припустимий струм для проводу з іншого матеріалу. Нехай припустимий струм у міднім проводі

а в алюмінієвому проводі того ж перетину й за тих самих умов роботи.

За аналогією:

Припустимі навантаження визначені виходячи з температури навколишнього повітря 25 °С и температури проводу 70 °С. Якщо температура повітря відрізняється від 25 °С, то дані таблиць множать на поправочні коефіцієнти.

Зі збільшенням перетину припустима щільність струму в проводі зменшується. Наприклад, для алюмінієвого проводу перетином 16 мм² припустима щільність струму при прокладці на відкритому повітрі 6,57 А/мм², а для проведення перетином 150 мм² за тих самих умов 2,93 А/мм², тобто менше в 2 рази. Це пояснюється тим, що зі збільшенням діаметра, перетин проводу росте пропорційно квадрату, а поверхня - пропорційно першого ступеня діаметра. Отже, зі збільшенням діаметра поверхня проводу, що доводиться на одиницю перетину, зменшується, а виходить, погіршуються умови охолодження. Внаслідок цього іноді доцільно замість одного проводу прокладати два із загальним перетином, меншим, чим перетин одного проведення, хоча загальна вартість лінії при цьому збільшується.

Потрібно мати на увазі, що перетин проводів при зовнішній прокладці дуже рідко визначають по припустимому струмовому навантаженню, у більшості випадків - по припустимій втраті напруги або економічній щільності струму, яка значно менше припустимого струмового навантаження по нагріванню.