Температура окружающей среды — это физическая величина, которая характеризует степень нагретости воздуха (воды, почвы) в конкретном месте в данный момент времени.
Температура окружающей среды — очень непостоянный параметр, который зависит не только от времени года, месяца и суток, но изменяется от региона к региону.
На что может повлиять этот параметр, какие его значения могут потребоваться в расчётах и какие источники использовать при проектировании электроустановок — описано в этой статье.
СОДЕРЖАНИЕ:
- Строительная климатология.
- Температура окружающей среды при выборе оборудования.
- Температура наружного воздуха при расчётах режимов.
- Эквивалентная температура охлаждающей среды при выборе трансформатора.
- Температура воздуха при расчёте неизолированного провода.
- Температура окружающей среды при расчёте кабеля.
1. Строительная климатология
Основополагающим документом, устанавливающим климатические параметры того или иного региона (города, посёлка), является СП 131.13330 Строительная климатология⎘. В этом документе можно найти такие важные температурные значения, как:
- средняя температура;
- средняя температура воздуха в январе;
- средняя температура воздуха в июле;
- абсолютный минимум температуры воздуха;
- абсолютный максимум температуры воздуха;
- температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98/ 0,92;
- температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,98/ 0,92.
Свод правил незаменим при проектировании (расчётах) строительных конструкций, систем отопления, вентиляции, кондиционирования и водоснабжения.
Но насколько применимы эти данные при выборе электротехнического оборудования?
2. Температура окружающей среды при выборе оборудования
Согласно ГОСТ 15150⎘ при определении климатического исполнения оборудования (У, УХЛ, ХЛ) оценивается рабочее и предельное рабочее значения температуры окружающего воздуха.
1. Рабочие значения климатических факторов внешней среды — это естественно изменяющиеся или неизменные значения климатических факторов, в пределах которых обеспечивается сохранение требуемых номинальных параметров и экономически целесообразных сроков службы изделий.
В качестве рабочего значения нужно принимать среднюю из ежегодных абсолютных максимумов/ минимумов температур.
Средняя температура из абсолютных максимумов (минимумов) —среднеарифметическое значение из абсолютных годовых максимумов (минимумов) температуры воздуха, наблюдаемых в данном пункте за многолетний период.
2. Предельные рабочие значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации — это значения климатических факторов, в пределах которых изделия могут (чрезвычайно редко и в течение не более 6 ч, а для нижнего значения температуры — 12 ч) оказаться при эксплуатации.
В качестве предельного рабочего значения принимают абсолютный максимум/ минимум температуры воздуха.
Всё вышесказанное сводится к тому, что при выборе оборудования для конкретного населённого пункта необходимо оценить:
- среднюю из ежегодных абсолютных максимумов/ минимумов температур;
- абсолютный максимум/ минимум температуры воздуха.
Второй параметр легко можно отыскать в СП 131.13330⎘, но первого — там нет. На помощь приходит письмо⎘ первого заместителя председателя правления ОАО «ФСК ЕЭС» «О рекомендациях по применению высоковольтного оборудования в холодной климатической зоне РФ», которое приводит эти температурные значения.
Пример. Необходимо задать климатическое исполнение высоковольтному выключателю, планируемому к установке в северном городе Ханты-Мансийск:
- средняя из ежегодных абсолютных максимумов/ минимумов температур (по письму) — плюс 31 ºС / минус 43ºС;
- абсолютный максимум/ минимум температуры воздуха (по СП 131.13330⎘) — плюс 35 ºС / минус 49ºС.
Отразим эти данные по форме таблицы 3 ГОСТ 15150
| Исполнение изделий |
Категория изделий |
Значение температуры воздуха при эксплуатации, ºС | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Рабочее | Предельное рабочее | ||||
| Верхнее | Нижнее | Верхнее | Нижнее | ||
| Проектные значения г. Ханты-Мансийск | |||||
| +31 | -43 | +35 | -49 | ||
| Значения по ГОСТ | |||||
| У | 1 | +40 | -45 | +45 | -50 |
| ХЛ, УХЛ | 1 | +40 | -60 | +45 | -70 |
Проектные значения соответствуют климатическому исполнению «У» — следовательно применим оборудование с параметром У1.
Именно температура окружающей среды часто является определяющим параметром при выборе того или иного типа оборудования. Например, баковые выключатели находят наибольшее применение в регионах крайнего севера, а колонковые — в средних широтах. Несмотря на обилие достоинств и недостатков каждого из этих типов, главным фактором становится работоспособность (наличие обогрева) бакового исполнения в условиях низких температур, и простота конструкции (а как следствие, дешевизна) колонкового типа в умеренном климате.
3. Температура наружного воздуха при расчётах режимов
В соответствии с ГОСТ Р 58670⎘ расчёты электроэнергетических режимов следует выполнять для следующих расчётных температурных условий:
- зимний режим максимальных и минимальных нагрузок — при температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92, с округлением до ближайшего целого значения;
- зимний режим максимальных и минимальных нагрузок — при температуре наружного воздуха, приведённой в приложении А;
- летний режим максимальных нагрузок (период экстремально высоких температур) — при температуре наружного воздуха тёплого периода года с обеспеченностью 0,98, с округлением в большую сторону до значения, кратного 5 °С;
- летний режим максимальных и минимальных нагрузок — при среднемесячной температуре воздуха наиболее тёплого летнего месяца, с округлением до ближайшего целого значения;
- период паводка — при максимальной за периоды паводка среднемесячной температуре наружного воздуха, с округлением до ближайшего целого значения.
Для второго режима температуры приведены в ГОСТе⎘, для остальных — в Своде правил⎘.
4. Эквивалентная температура охлаждающей среды при выборе трансформатора
При выборе трансформатора и оценке допустимой перегрузки в качестве исходного значения нужна температура охлаждающей его среды.
| Категория нагрузки (перегрузки) | Допустимый коэффициент перегрузки Кдоп (о. е.) при температуре охлаждающего воздуха (воды), °С | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | |
| Нормальная круглосуточная нагрузка (перегрузка) | 1,20 | 1,20 | 1,15 | 1,08 | 1,00 | 0,91 | 0,82 |
| Круглосуточная перегрузка с возможным повышенным износом изоляции | 1,25 | 1,25 | 1,25 | 1,25 | 1,20 | 1,15 | 1,08 |
Согласно предыдущему пункту, расчёты должны быть выполнены для нескольких режимов. Но принято считать, что летний режим максимальных нагрузок (пп.3) наиболее подходит для выбора силового масляного трансформатора, установленного на открытом воздухе. В этом режиме температура принимается для тёплого периода года с обеспеченностью 0,98, с округлением в большую сторону до значения, кратного 5 °С. Нужную температуру можно найти в Своде правил⎘ или другом актуальном источнике по региону. Например, для Краснодара t=31°С — округляем её до 35°С; для Ханты-Мансийска t=25°С. Промежуточные значения находят методом интерполяции.
Указанную температуру ещё называют эквивалентной.
Эквивалентная температура охлаждающей среды — это такая условно постоянная за принятое время температура, при которой износ витковой изоляции обмотки равен износу её за такое же время, но при изменяющейся температуре охлаждающей среды.
У сухих трансформаторов, устанавливаемых в помещениях, всё гораздо проще: температура охлаждающей среды задана стандартами, неизменна, и не должна превышать среднесуточную температуру 30°С.
Если фактическая температура охлаждающей среды в месте установки трансформатора отличается от стандартной, то следует действовать в таком порядке:
- обеспечить необходимые климатические параметры помещения искусственным путём (вентиляция, кондиционирование, обогрев);
- скорректировать нормальную круглосуточную нагрузку (перегрузку) трансформатора (по нагрузочной способности, приведённой выше, или данным завода-изготовителя).
или
5. Температура воздуха при расчёте неизолированного провода
Неизолированному проводу любого сечения современными НТД заданы нормированные длительно допустимый и аварийно допустимый ток, значения которых зависят от широты местности и температуры окружающего воздуха. Когда и какое значение указанных токов используется при расчётах, в этой статье касаться не будем. Прежде всего нас интересует вопрос, какое климатическое условие принять для выбора нужной графы.
| Марка провода |
Географич. широта, °с.ш. |
Температура окружающего воздуха, °С | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -20 и ниже |
-15 | -10 | -5 | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | ||
| Длительно допустимый ток ВЛ/ аварийно допустимый ток ВЛ, А | |||||||||||||||
| АС-70/11 | 40-50 | 444 | 430 | 416 | 402 | 387 | 371 | 355 | 338 | 320 | 301 | 281 | 259 | 236 | 210 |
| 485 | 473 | 461 | 449 | 436 | 423 | 409 | 395 | 380 | 365 | 349 | 333 | 315 | 297 | ||
| 50-60 | 444 | 431 | 417 | 402 | 387 | 371 | 355 | 338 | 320 | 302 | 281 | 260 | 236 | 210 | |
| 486 | 474 | 461 | 449 | 436 | 423 | 409 | 395 | 381 | 365 | 350 | 333 | 316 | 297 | ||
| 60-80 | 445 | 430 | 416 | 402 | 387 | 372 | 356 | 339 | 321 | 301 | 282 | 261 | 237 | 211 | |
| 486 | 474 | 462 | 449 | 436 | 423 | 410 | 396 | 381 | 366 | 350 | 334 | 316 | 298 | ||
Согласно п.8 СТО56947007-29.240.55.143-2013⎘ предельная токовая нагрузка на провод должна определяться в условиях максимальной температуры воздуха для тёплого периода года по данным метеостанций (или СП 131.13330).
Это значит, что при оценке длительно (аварийно) допустимой токовой нагрузки ЛЭП, проложенной в Краснодарском крае, нужно выбрать графу +45°С, а в Ханты-Мансийске — +35°С.
| Марка провода |
Географич. широта, °с.ш. |
Температура окружающего воздуха, °С | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -20 и ниже |
-15 | -10 | -5 | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | ||
| Длительно допустимый ток ВЛ/ аварийно допустимый ток ВЛ, А | |||||||||||||||
| АС-70/11 | 40-50 | 444 | 430 | 416 | 402 | 387 | 371 | 355 | 338 | 320 | 301 | 281 | 259 | 236 | 210 |
| 485 | 473 | 461 | 449 | 436 | 423 | 409 | 395 | 380 | 365 | 349 | 333 | 315 | 297 | ||
| 50-60 | 444 | 431 | 417 | 402 | 387 | 371 | 355 | 338 | 320 | 302 | 281 | 260 | 236 | 210 | |
| 486 | 474 | 461 | 449 | 436 | 423 | 409 | 395 | 381 | 365 | 350 | 333 | 316 | 297 | ||
| 60-80 | 445 | 430 | 416 | 402 | 387 | 372 | 356 | 339 | 321 | 301 | 282 | 261 | 237 | 211 | |
| 486 | 474 | 462 | 449 | 436 | 423 | 410 | 396 | 381 | 366 | 350 | 334 | 316 | 298 | ||
6. Температура окружающей среды при расчёте кабеля
Табличные значения допустимых токовых нагрузок кабелей, которые можно найти в ПУЭ или ГОСТах (рекомендуется пользоваться последними — например, ГОСТ 31996⎘ и ГОСТ Р 50571.5.52⎘), определены для следующих расчётных условий:
- температура окружающей среды при прокладке кабелей на воздухе — плюс 25-30°С;
- температура при прокладке в земле (в трубе) — плюс 15-20°С.
Большинство случаев указанные условия удовлетворяют. Но если условия прокладки кабелей отличаются значительно (тепловая сеть примыкает к сети освещения, кабели проложены в помещениях с высокой влажностью и температурой и т.д.), при определении их допустимой токовой нагрузки требуется вводить поправочные коэффициенты.
| Температура окружающей среды, °С | Изоляция | |||
|---|---|---|---|---|
| PVC | XLPE или EPR | Минеральная | ||
| PVC оболочка или голый, доступный прикосновению 70 °С | Голый, не доступный прикосновению 105 °С | |||
| 10 | 1,22 | 1,15 | 1,26 | 1,14 |
| 15 | 1,17 | 1,12 | 1,20 | 1,11 |
| 20 | 1,12 | 1,08 | 1,14 | 1,07 |
| 25 | 1,06 | 1,04 | 1,07 | 1,04 |
| 35 | 0,94 | 0,96 | 0,93 | 0,96 |
| 40 | 0,87 | 0,91 | 0,85 | 0,92 |
| 45 | 0,79 | 0,87 | 0,87 | 0,88 |
| 50 | 0,71 | 0,82 | 0,67 | 0,84 |
| 55 | 0,61 | 0,76 | 0,57 | 0,80 |
| 60 | 0,50 | 0,71 | 0,45 | 0,75 |
| 65 | — | 0,65 | — | 0,70 |
| 70 | — | 0,58 | — | 0,65 |
| 75 | — | 0,50 | — | 0,60 |
| 80 | — | 0,41 | — | 0,54 |
| 85 | — | — | — | 0,47 |
| 90 | — | — | — | 0,40 |
| 95 | — | — | — | 0,32 |
| Температура грунта, °С | Изоляция | Температура грунта, °С | Изоляция | ||
|---|---|---|---|---|---|
| PVC | XLPE или EPR | PVC | XLPE или EPR | ||
| 10 | 1,10 | 1,07 | 50 | 0,63 | 0,76 |
| 15 | 1,05 | 1,04 | 55 | 0,55 | 0,71 |
| 25 | 0,95 | 0,96 | 60 | 0,45 | 0,65 |
| 30 | 0,89 | 0,93 | 65 | — | 0,60 |
| 35 | 0,84 | 0,89 | 70 | — | 0,53 |
| 40 | 0,77 | 0,85 | 75 | — | 0,46 |
| 45 | 0,71 | 0,80 | 80 | — | 0,38 |
Указанные коэффициенты отражены в стандартах, но злоупотреблять ими не следует.
ВЫВОД
В этой статье мы затронули всего один параметр — температуру. Но насколько температура оказывается многогранной! Она может быть «средней» и «максимальной», может быть «рабочей» и «предельной рабочей», даже «эквивалентной». Где найти эти значения и в каких случаях их использовать — тоже попытались разобрать в статье.
Какие-то из приведённых источников являются незыблемыми и неоспоримыми. Какие-то не так однозначны, поэтому будут заменены в будущем. Но на сегодняшний день приходится пользоваться в качестве первоисточника не только ГОСТами и Сводами правил, но письмами отдельных руководителей, так как альтернативы им пока не найдено.
ССЫЛОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Все НТД, скомпонованные по этой теме, можно найти на нашем сайте по ссылке⎘.
СЛУЧАЙ ИЗ ПРАКТИКИ
Эквивалентную температуру, описанную в п.4 при выборе трансформатора часто используют также при оценке допустимой токовой нагрузки силового оборудования, примыкающей к нему ошиновке и даже присоединённой ЛЭП. Последнее, в этом случае, противоречит указаниям, описанным в п.5 настоящей статьи.