电缆穿管后载流量会降低,这并不是“吓唬人”,本质原因是热量散不出去,温度升得太快,电缆绝缘吃不消。为了让你全面理解这个问题,下面我们来细聊一下!
电缆的载流量是指电缆在散热能力允许范围内,能够安全承载的最大电流。
1、发热量公式:电流通过电缆导体产生热量,主要来源于电阻损耗:
Q:电缆发热量,单位为瓦(W)。
I:电流,单位为安(A)。
R:电缆的导体电阻,单位为欧姆(Ω)
2、散热路径:电缆产生的热量必须通过以下路径散发出去:
对流:空气流动带走热量;
传导:热量从电缆表面通过管壁传递到外界;
辐射:热量以红外形式向外散发。
一旦发热量Q大于散热能力,电缆温度会持续升高,最终超过绝缘材料的耐热极限,导致电缆损坏。
电缆穿管后,散热路径受到限制,热量更难散发出去,导致温升加剧。
1、管道内空气静止:穿管后,管内空气几乎不流动,原本依靠空气对流散热的能力大幅下降。
2、管壁增加热阻:管壁(如PVC、金属)会阻碍热量向外传导;PVC管的热导率较低,散热效果远不如直接敷设在空气中的电缆。
3、多根电缆热积聚:管内多根电缆同时工作,热量彼此叠加,温升进一步加快。
温升穿管后的电缆温度可以用以下公式估算:
T:电缆表面温度;
T环境:管外环境温度;
Q:发热量(由公式 Q=I2⋅R 计算);
Rth:热阻,表示热量向外传递的难度。
穿管后热阻增大,导致温升 T 明显增加,必须降低载流量以控制温度。
当多根电缆同时穿管时,不仅热积聚问题严重,还会受到电磁效应的影响,进一步降低载流量。
1、 集肤效应
当交流电通过导体时,电流密度会集中在导体表面,导体内部电流密度较低。这种现象增加了导体的等效电阻,导致发热量增大:R等效>R直流
影响:电阻增大,发热量 Q=I2 ⋅R 等效进一步上升。
2、邻近效应
多根电缆并排敷设时,相邻电缆的磁场会影响电流分布,导致电阻增大。邻近效应的影响随着电缆间距减小而增大。
在集肤效应和邻近效应作用下,导体的等效电阻 R等效 可以表示为:
K集肤:集肤效应增益系数;
K邻近:邻近效应增益系数。
多根电缆穿管时,这些效应会叠加增加发热,进一步降低载流量。
1、 空气敷设 vs. 穿管
假设单根电缆在空气中工作时,载流量为100A,发热量为:
穿管后热阻增加,假设总热阻增大1.5倍:
温升计算:
如温升超出绝缘材料耐热限值(如70℃),则需降低载流量。
2、多根电缆穿管
假设两根电缆同时穿管,每根电缆的初始载流量为80A:
若两根电缆热积聚,管内总发热量为:
热积聚效应和电磁效应导致温升进一步增加,实际载流量需要按折减系数调整。
1、分管敷设:多根电缆避免集中敷设在同一管道内,减少热积聚和电磁效应。
2、降低填充率:管内电缆截面积占比不超过40%,留足散热空间。
3、选用耐高温电缆:比如XLPE电缆,耐热等级更高(90℃或105℃)。
4、使用导热性能好的管材:金属管散热效果优于PVC管。
5、增加主动散热措施:在高负荷场景下增加强制通风或液冷装置。
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