Приложение Г (рекомендуемое). Метод расчета температуры нагрева и допустимого длительного тока проводов контактной сети и воздушных линий

Приложение Г
(рекомендуемое)

Метод
расчета температуры нагрева и допустимого длительного тока проводов контактной сети и воздушных линий

Г.1 Расчет температуры нагрева провода

При расчетах температуры нагрева провода используют числовой ряд значений тока в проводе I(k), А, с шагом по времени , мин.

Соответствующие числовому ряду тока I(k) значения температуры провода t_п(k), °С, на каждом шаге k рассчитывают по формулам:

,

(Г.1)

,

(Г.2)

где t_в - температура окружающего воздуха, °С;

(k), (k-1) - температура перегрева провода соответственно на данном и предшествующем шагах расчета, °С.

На первом шаге расчетов принимают (k - 1) = 0 °С;

(k) - установившаяся температура перегрева провода в стационарном режиме, °С;

Т_пн - постоянная нагревания провода, мин.

Установившуюся температуру перегрева (k), °С, и постоянную нагревания Т_пн, мин, рассчитывают по формулам соответственно:

,

(Г.3)

,

(Г.4)

где R_в - сопротивление провода при температуре окружающего воздуха, Ом/м;

- поглощающая способность поверхности провода, которую при проектных расчетах принимают для алюминиевых и сталеалюминиевых проводов  = 0,6, для медных, сталемедных, бронзовых проводов  = 0,8;

Е_с - интегральная поверхностная плотность потока солнечного излучения Е_с, Вт/м²;

D_п - диаметр провода, м;

h_т - коэффициент теплоотдачи с поверхности провода, ;

R₂₀ - сопротивление провода при температуре 20 °С, Ом/м;

- температурный коэффициент электрического сопротивления, °С^-1:  = 0,0039 °С^-1;

С_п - теплоемкость провода, .

Сопротивление R_в, Ом/м, провода при температуре окружающего воздуха рассчитывают по формуле

.

(Г.5)

Сопротивление R₂₀, Ом/м, провода при температуре 20 °С вычисляют по формуле

,

(Г.6)

где r_w - погонное сопротивление провода, Ом/км, которое при системе тягового электроснабжения постоянного тока для многопроволочных проводов принимают равным сопротивлению r_п 20, для контактных проводов рассчитывают по формуле (Б.13) (приложение Б), при системах тягового электроснабжения переменного тока определяют по формуле (Б.20) (приложение Б).

Диаметр D_п, м, контактного провода рассчитывают по формуле

,

(Г.7)

где А, Н - соответственно ширина и высота провода по ГОСТ Р 55647-2013 (пункт 5.1.1), мм;

k_D изн - коэффициент уменьшения расчетного диаметра изношенного провода. Для проводов без износа k_D изн = 1,00. При износе 15 % площади полного сечения фасонного провода k_D изн = 0,91, фасонного овального провода k_D изн = 0,94.

Коэффициент теплоотдачи h_T, , с поверхности провода определяют как сумму составляющих теплоотдачи вследствие конвективного теплообмена h_к и теплового излучения h_л, , по формуле

.

(Г.8)

Коэффициент теплоотдачи h_к, , за счет конвективного теплообмена при скорости V_в ветра от 0,5 до 5,0 м/с включ. в поперечном направлении к проводу рассчитывают по формуле

,

(Г.9)

где - коэффициент теплопроводности воздуха, ;

v - кинематический коэффициент вязкости воздуха, м²/с.

Коэффициент теплопроводности воздуха , , и кинематический коэффициент вязкости воздуха v, м²/с, рассчитывают по формулам:

,

(Г.10)

.

(Г.11)

В формулах (Г.10), (Г.11) параметр t_cp, °С, является средней температурой между поверхностью провода и окружающей средой, который с использованием значения температуры провода t_п(k - 1) на предыдущем шаге вычисляют по формуле

.

(Г.12)

Коэффициент теплоотдачи h_л, , вследствие теплового излучения рассчитывают по формуле

,

(Г.13)

где - излучающая способность (степень черноты) поверхности провода, которую при проектных расчетах принимают для алюминиевых и сталеалюминиевых проводов  = 0,6, для медных, сталемедных, бронзовых проводов  = 0,8.

Теплоемкость С_п, , провода рассчитывают по формуле

,

(Г.14)

где m_т, m_ст - масса соответственно токопроводящей части и стального сердечника (при его наличии) в 1 м провода, кг;

с_т, с_ст - удельная теплоемкость соответственно материала токопроводящей части и стального сердечника провода, :

390 ... для меди и бронзы;

910 ... для алюминия;

470 ... для стали.

Г.2 Определение допустимого длительного тока провода

Допустимый длительный (20 мин. и более) ток провода I_доп, А, рассчитывают по формуле

,

(Г.15)

где t_доп - допустимая длительная температура нагрева провода, °С.

Коэффициент теплоотдачи h_т, , вычисляют по формулам (Г.8)-(Г.13) при температуре провода t_п = t_доп.