Метод Нехера–МакГрата

Метод оценки в электротехнике

В электротехнике метод Нехера–Макграта представляет собой метод оценки установившейся температуры электрических силовых кабелей для некоторых часто встречающихся конфигураций. Оценивая температуру кабелей, можно рассчитать их безопасную долгосрочную токопроводящую способность.

JH Neher и MH McGrath были двумя инженерами-электриками, которые в 1957 году написали статью о том, как рассчитать емкость тока (силу тока) кабелей. ^[1] В статье были описаны двумерные высокосимметричные упрощенные расчеты, которые легли в основу многих руководств и правил по применению кабелей. Сложная геометрия или конфигурации, требующие трехмерного анализа теплового потока, требуют более сложных инструментов, таких как анализ методом конечных элементов . Их статья стала использоваться в качестве справочного материала для силы тока в большинстве стандартных таблиц.

Обзор

Статья Неера–Макграта подытожила годы исследований в области аналитического рассмотрения практической проблемы теплопередачи от силовых кабелей. Описанные методы включали все механизмы генерации тепла от силового кабеля (потери в проводнике, диэлектрические потери и потери в экране). ^[2]

Из основных принципов, согласно которым электрический ток приводит к тепловому нагреву, а передача тепловой энергии в окружающую среду требует некоторой разницы температур, следует, что ток приводит к повышению температуры в проводниках. Допустимая токовая нагрузка или максимально допустимый ток электрического силового кабеля зависит от допустимых температур кабеля и любых смежных материалов, таких как изоляция или терминальное оборудование. Для изолированных кабелей максимальная температура изоляции обычно является ограничивающим свойством материала, которое ограничивает допустимую токовыносимость. Для неизолированных кабелей (обычно используемых в наружных воздушных установках) предел прочности кабеля на разрыв (зависящий от температуры) обычно является ограничивающим свойством материала. Метод Нехера-МакГрата является стандартом электротехнической промышленности для расчета допустимой токовой нагрузки кабеля, чаще всего применяемым путем поиска в таблицах предварительно вычисленных результатов для общих конфигураций.

Использование Национального электротехнического кодекса США

Уравнение в разделе 310-15(C) Национального электротехнического кодекса , называемое уравнением Нехера-МакГрата (NM), может быть использовано для оценки эффективной токовой нагрузки кабеля: ^[3] $${\displaystyle I={\frac {\sqrt {T_{c}-(T_{a}+\Delta T_{d})}}{R_{\text{dc}}(1+Y_{c})R_{c,a}}}}$$

В уравнении обычно является предельной температурой проводника, полученной из ограничений изоляции или прочности на растяжение. является членом, добавляемым к температуре окружающей среды для компенсации тепла, выделяемого в оболочке и изоляции для более высоких напряжений. называется повышением температуры диэлектрических потерь и обычно считается незначительным для напряжений ниже 2000 В. Член является множителем, используемым для преобразования сопротивления постоянному току ( ) в эффективное сопротивление переменному току (которое обычно включает в себя скин-эффекты проводника и потери на вихревые токи ). Для размеров проводов меньше AWG № 2 (33,6 мм ² , 0,0521 кв. дюйма) этот член также обычно считается незначительным. является эффективным тепловым сопротивлением между проводником и условиями окружающей среды, оценка которого может потребовать значительных эмпирических или теоретических усилий. Что касается чувствительных к переменному току членов, табличное представление результатов уравнения NM в Национальном электротехническом кодексе было разработано с учетом стандартной североамериканской частоты сети 60 Гц и синусоидальных форм волн для тока и напряжения. ${\textstyle T_{c}}$ ${\textstyle \Delta T_{d}}$ ${\textstyle T_{a}}$ ${\textstyle \Delta T_{d}}$ ${\textstyle 1+Y_{c}}$ ${\textstyle R_{\text{dc}}}$ ${\textstyle R_{c,a}}$

Проблемы, связанные со сложностью оценки и определения локального повышения температуры окружающей среды, достигаемого за счет совместного размещения большого количества кабелей (в кабельной канализации ), создают рыночную нишу в электроэнергетической отрасли для программного обеспечения, предназначенного для оценки допустимой токовой нагрузки. ${\textstyle R_{c,a}}$

Ссылки

1. Neher, JH; McGrath, MH (октябрь 1957 г.). «Расчет повышения температуры и нагрузочной способности кабельных систем». Труды AIEE . 76 (III): 752–772.
2. Андерс, Джордж Дж. (1997). Рейтинг электрических силовых кабелей: расчеты токовой нагрузки для передачи, распределения и промышленного применения . McGraw-Hill Professional. стр. 17–20. ISBN 0-07-001791-3.
3. Лейн, Кит. «Отопление» (PDF) . Pure Power (весна 2008 г.). Инженер-консультант-специалист: 15–19.