+7 (812) 448-30-88
+7 (812) 910-22-50
Заказать звонок →
Мы перезвоним вам

Содержание:
  1. Постановка вопроса
  2. Выбор сечений жил кабелей и проводов воздушных линий по нагреву расчетным током
  3. Выбор сечений жил кабелей по нагреву током короткого замыкания
  4. Выбор сечений жил кабелей и проводов воздушных линий по потерям напряжения
  5. Выбор сечений жил кабелей и проводов по экономическим соображениям
  6. Совместный выбор сечений проводов и вставок плавких предохранителей или уставок максимальных автоматов

Постановка вопроса

Сечения проводов и жил кабелей должны выбираться в зависимости от ряда технических и экономических факторов.

Технические факторы, влияющие на выбор сечений, следующие:

1)       нагрев от длительного выделения тепла рабочим (расчетным) током;

2)       нагрев от кратковременного выделения тепла током КЗ;

3)       потери (падение) напряжения в жилах кабелей или проводах воздушной линии от проходящего по ним тока в нормальном и аварийном режимах;

4)       механическая прочность – устойчивость к механической нагрузке (собственная масса, гололед, ветер);

5)       коронирование – фактор, зависящий от применяемого напряжения, сечения провода и окружающей среды.

Влияние и учет перечисленных факторов в воздушных и кабельных линиях неодинаковы.

Выбор экономически целесообразного сечения по ПУЭ производят по так называемой экономической плотности тока в зависимости от металла провода и числа часов использования максимума нагрузки по формуле

c59f4-clip-2kb

где Iр – расчетный ток; Iэ – экономическая плотность тока.

Эта методика выбора экономического сечения не соответствует другим утвержденным положениям об экономических соображениях при решении всех электротехнических вопросов, нуждающихся в экономической оценке.

37c69-clip-6kb

Рис. 1. Пример определения экономически целесообразного сечения sэ.ц

 проводов или жил кабелей в зависимости от стоимости 

электрической энергии по формуле годовых приведенных затрат.

Кривые З = f(s) построены: 1 – при с0 = 0,01 руб/(кВт×ч); 2 – при с0 = 0,005 руб/(кВт×ч); 3 – при с0 = 0,002 руб/(кВт×ч).

Сечение sэ определено по экономической плотности тока; sэ,ц – экономически целесообразное сечение.

На самом деле, если рассмотреть условия передачи некоторой постоянной расчетной мощности или тока при постоянной длине, то она может быть осуществлена при помощи кабелей или воздушных линий разных сечений. При этом затраты будут явно изменяться и не может быть речи о каком-то постоянном экономически целесообразном сечении, определенном по выражению (1).

a2b8c-clip-9kb

Рис. 2. Ограничивающие факторы, влияющие на выбор сечения проводов и жил кабелей

sэ = f(l) – экономическое сечение п зависимости от длины линии;

sТ,с = f(l) – термически стойкое сечение в зависимости от длины линии;

sТ = f(l) – техническое сечение в зависимости от длины линии;

sк = f(l) – сечение по условиям короны в зависимости от длины линии;

sн = f(l) – сечение по нагреву в зависимости от длины линии;

Если учесть, что стоимость электрической энергии изменяется, то зависимости З = f(s) примут вид, как показано на рисунке 1 (кривые 1, 2, 3). На этом рисунке имеются два вида зависимостей: З = f(s) и sэ,ц = f (c0) – экономически целесообразное сечение sэ,ц в зависимости от стоимости электроэнергии c0. Экономическое сечение, определенное по выражению (1), изображено на рисунке 1 прямой линией, параллельной оси ординат. Без особых пояснений видно, что сечение, определенное по выражению (1), не является экономическим, и единственное достоинство такого метода определения – только простота его, но не целесообразность. Ниже приведены обоснованные упрощенные методы определения экономически целесообразных сечений жил кабелей и проводов.

Приведенные рассуждения хорошо иллюстрируются рисунком 2, на котором показаны все факторы, влияющие на выбор сечений проводов и жил кабелей. Из сказанного можно сделать вывод, что выбор экономически целесообразного сечения дает возможность экономить электрическую энергию для относительно коротких линий, что в значительной мере относится к сетям промышленных предприятий.

Выбор сечений жил кабелей и проводов воздушных линий по нагреву расчетным током

Выбор сечений жил кабелей. Для выбора сечений жил кабелей по нагреву определяется расчетный ток и по таблицам выбирается стандартное сечение, соответствующее ближайшему большему току. Если в расчете определена расчетная мощность, то выбор сечения производится по таблицам, имеющимся в справочниках.

Пример 1. Определен расчетный ток Iр = 78А; известно, что кабель должен быть с алюминиевыми жилами и бумажной пропитанной изоляцией для прокладки в земле. Напряжение 10кВ.

По таблице находим для кабеля 10кВ при сечении 16мм2 допустимый ток 75А, для сечения 25 мм2 – 90А. Выбираем сечение по нагреву sн = 25мм2.

Однако здесь следует более подробно остановиться на вопросе о значении расчетного тока и пользовании им при выборе сечений жил кабеля. Исследования, выполненные в Харькове в институте «Гипротракторосельхозмаш» и в Ленинградском отделении ГПИ «Тяжпромэлсктропроэкт» инж. П. Н. Кленном, позволяют внести в определение сечений по нагреву расчетным током два дополнения:

1. В соответствии с расчетами «Гипротракторосельхозмаша» установлено, что кабели высокою напряжения могут выбираться по расчетному току, равному среднему току. Это относится ко всем кабелям высокого напряжения систем внутреннего электроснабжения промышленных предприятий, кроме кабелей, питающих двигатели (отдельный или группу двигателей) напряжением выше 1000В.

2. В Ленинградском отделения ГПИ «Тяжпромэлектропроекта» инж. П. Н. Клейном были произведены исследования, имеющие в своей основе примерно те же соображения, и даны практические рекомендации для выбора сечений кабелей с учетом постоянной времени нагрева. Пользуясь Указаниями по определению электрических нагрузок, инж. П. Н. Клейн нашел допустимое уменьшение расчетной максимальной нагрузки в зависимости от ее продолжительности. Им было подсчитано возможное снижение расчетного тока максимальной нагрузки в зависимости от коэффициента максимума Км при различных значениях tн,у времени нагрева кабеля до температуры, равной 95% установившейся (см. рис. 3).

sМ = f(l) – сечение по механической прочности в зависимости от длины линии;

а – на напряжении до 20 кВ;

б – то же 35 кВ и выше, когда необходимо считаться с явлением коронирования.

29495-clip-6kb

Рис. 3. Кривые зависимости значения максимальных токовых нагрузок

для различных tн,у  в функции Км

 

Приведем пример пользования этим методом.

Определить сечение кабеля марки ААГ при прокладке на открытом воздухе для линии 380В по условиям нагрева со следующими данными:

tн,у = 1,5 ч;  Км = 2;  Sм = 120кВ×А;  Iм = 183А.

Сечения кабеля (большее) 3 х 95 мм2; Iдоп = 190А и (меньшее) 3 х 70 мм2; Iдоп = 155А.

Проверяем возможность выбора кабеля сечением 3 х 70 мм2.

По рисунку 3 при Км = 2 по кривой tн,у = 1,5 ч находим Iм = 80%.

Определяем расчетный ток: Iр = 0,8 Iм = 0,8 х 183 » 143А.

Сечение кабеля 3 х 70 мм2 может быть принято.

Выводы. Во всех случаях выбора сечений кабеля необходимо тщательно анализировать и проверять полученные данные расчетных нагрузок и, где это возможно и целесообразно, учитывая изложенные выше два дополнения, сокращать расход цветного металла на сооружаемые электрические сети.

Выбор сечений жил кабелей по нагреву током короткого замыкания

Для выбора термически стойкого сечения жил кабеля необходимо знать установившийся ток КЗ из соответствующего расчета и возможное время прохождения этого тока через кабель. Время определяется уставкой защиты, которая имеет наибольшее значение выдержки времени (если есть несколько видов защиты).

Определение сечения по термической стойкости производится по формуле:

53127-clip-2kb

где α расчетный коэффициент, определяемый ограничением допустимой температуры нагрева жил кабеля.

Значения расчетного коэффициента а и допустимые предельные температуры нагрева кабелей при прохождении по ним тока КЗ приведены в таблице 1.

Таблица 1

Жилы кабеля

Коэффициент a

Допустимая температура, оС

Медные до 10кВ

7

250

Алюминиевые до 10кВ

12

250

 

 

Пример 2. Из расчета установившийся ток КЗ равен I¥ = 6кА; I" = 9кА. Время действия защиты 1,5 с. Напряжение линии 10кВ. Линия кабельная с алюминиевыми жилами. Кабель проложен в земле, a = 12 (находим по табл. 1).

Примечание. При составлении этой таблицы было принято условие, что температура кабеля до возникновения КЗ была не выше номинальной. Практически кабели работают всегда с некоторой недогрузкой (кроме аварийных режимов), и поэтому при выборе сечения кабеля по термической стойкости следует принимать ближайшее меньшее, а не большее стандартное сечение.

Величину tп находим по кривым зависимостей:

a1981-clip-2kb

Следовательно,

57aa4-clip-2kb

Следует выбрать термически стойкое стандартное сечение 70мм2:

dbfe5-clip-802b

Кабели, защищенные плавкими токоограничивающими предохранителями, на термическую стойкость к токам КЗ не проверяются, поскольку время срабатывания предохранителя мало (0,008с) и выделившееся тепло не в состоянии нагреть кабель до опасной температуры.

Выбор сечений жил кабелей и проводов воздушных линий по потерям напряжения

Потери напряжения в цеховой сети должны быть определенными, т.к. при снижении напряжения у осветительных приборов уменьшается световой поток и освещенность на рабочей поверхности (пропорционально квадрату напряжения), у асинхронных двигателей уменьшается вращающий момент (так же пропорционально квадрату напряжения).

Допустимы пределы отклонения напряжения 360¸420В при Uн = 380В, следовательно, потери в сети составляют максимум 40В, т.е. 10% Uн.

Поддержание напряжения в цеховых сетях – достаточно сложная задача, т.к. напряжение на зажимах трансформаторов в сети высшего напряжения не остается постоянным, а изменяется в зависимости от нагрузки.

Потери в линии можно определить по формуле

d53e3-clip-3kb

где Iр – расчетный ток линии;

R, x – активное и индуктивное сопротивления линии;

cosjн – коэффициент мощности в конце линии.

Реактивное сопротивление не зависит от сечения кабеля и примерно равно 0,07Ом/км.

Выбор сечения проводов и кабелей в цеховых электрических сетях по потере напряжения

80edf-clip-3kb

Выбор сечений жил кабелей и проводов по экономическим соображениям

Выбор сечений проводов и жил кабелей по экономической плотности тока недостаточно обоснован и дает ошибочные результаты, а также находится в некотором противоречии с «Основными методическими положениями технико-экономических расчетов в энергетике».

Выбор сечений проводов осветительной сети производится по допустимой потере напряжения с проверкой по наибольшему длительно допустимому току нагрузки в соответствии с существующими нормами.

Сечение провода по допустимой потере напряжения определяется по формуле

c18c5-clip-2kb

где ΔU – допустимая потеря напряжения, В;

Iр – расчетный рабочий ток, А;

ρ – удельное сопротивление провода, Ом·мм2/м,

l – длина провода, м;

s – сечение провода, мм2.

Найденное по допустимой потере напряжения сечение провода проверяется по условиям нагревания.

Совместный выбор сечений проводов и вставок плавких предохранителей или уставок максимальных автоматов

Защита проводов и кабелей осуществляется плавкими предохранителями или автоматами со встроенными реле максимального тока. Плавкая вставка или автомат отключает цепь тока в том случае, если величина тока превысит допустимый для данной цепи ток, определяемый условиями нагрева. Предельно допустимая температура изолированных проводов определяется свойствами изоляции, а голых проводов – в основном надежностью контактных соединений.

Изоляция проводов и кабелей очень быстро теряет свои изоляционные свойства в условиях продолжительной работы при температуре выше допустимой. Наибольшая допустимая температура составляет 55°С для проводов и кабелей с резиновой или винилитовой изоляцией и 80°С для кабелей с бумажной изоляцией. Небольшая допустимая температура для голых проводов принимается равной 70°С. Поэтому ток проводника любого сечения должен быть вполне определенной величины, при которой проводник не нагревался бы выше указанной наибольшей допустимой для него температуры.

Исходя из этого, для изолированных и голых проводов и кабелей действующими правилами установлены наибольшие длительно допустимые токи нагрузки (А). При этом учтена температура окружающей среды, в которой находится проводник, а также условия его прокладки. Например, для проводов с резиновой изоляцией, проложенных открыто (на роликах) в помещении, температура окружающей среды (воздуха) принята 25°С; для кабеля с бумажной изоляцией, проложенного в земле (в траншее) на определенной глубине (0,7-1,0 м), температура земли принята 15°С и т.д. Таблицы наибольших длительно допустимых нагрузок на проводник приводятся в справочной литературе.

Выбор сечения провода производится на основании расчетной нагрузки и должен удовлетворять условию

95102-clip-2kb

где Iр – расчетный ток, А;

Iпр – наибольший длительно допустимый ток для провода или кабеля, А.

Расчетный ток определяется по формуле

668aa-clip-3kb

где Sр – полная расчетная мощность, кВа;

Uн – номинальное напряжение сети, В.

Плавкая вставка предохранителя, с одной стороны, должна обеспечить защиту провода от перегрузки, а с другой – не перегорать, когда по ней длительно проходит расчетный ток

a40a3-clip-1kb

где Iв – ток плавкой вставки, А.

Ток уставки реле максимального тока автоматов должен удовлетворять тем же условиям:

6d884-clip-2kb

где Iу,а – ток уставки реле максимального тока автомата, А.

При выборе сечения провода, плавкой вставки и уставки автомата для ответвления, питающего отдельный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, или для магистрали, питающей группу приемников, среди которых есть один или несколько двигателей с короткозамкнутым ротором, необходимо учитывать пусковые токи двигателей, которые обычно превышают номинальные токи в 4-7 раз. Время пуска двигателей с короткозамкнутым ротором наиболее часто встречающихся производственных механизмов составляет 0,5-10 сек. В связи с тепловой инерцией нормальных вставок с малой теплоемкостью (медь – цинк) плавкая вставка не сгорает от пусковых токов, если соблюдается условие

f7236-clip-2kbТок уставки автомата выбирается из условия

15ad6-clip-2kb

где Iп – пусковой ток двигателя с короткозамкнутым ротором, А.

В тех случаях, когда разбег двигателя продолжается более 20 сек, рекомендуется выбирать плавкую вставку из условия

4370c-clip-2kb

При выборе плавкой вставки магистрали, питающей группу потребителей с двигателями, ток плавкой вставки выбирается из условия

 

eccd0-clip-2kb

а ток уставки автомата – из условия

13ad0-clip-2kb

где Iр – расчетный ток всех потребителей группы, А;

Iп, Iн – соответственно пусковой и номинальный токи одного из двигателей

с короткозамкнутым ротором.

Уравнения (10) и (11) учитывают сумму, состоящую из пускового тока двигателя, дающего наибольший прирост пускового тока (Iп, – Iн), и номинальных токов остальных двигателей с учетом коэффициента спроса.

Выбор плавких вставок должен производиться с одновременной проверкой сечений проводников по предельно допустимому номинальному току плавкой вставки, Для проверки можно пользоваться соотношениями, приведенными в таблице 2.

Подобная проверка проводится и для уставок автоматов. Так, например, в соответствии с правилами для воздушных автоматических выключателей, отключающих токи перегрузки с выдержкой времени, а токи короткого замыкания без выдержки времени, справедливо следующее соотношение между током уставки реле максимального тока для защиты от перегрузки и длительно допустимым током нагрузки проводника:

 

93cfc-clip-1kb

 

Таблица 2

 

 

 

Назначение и

характеристика

помещения

 

 

Назначение линии

 

Конструкция проводников или способ их прокладки

Сечение проводника выбирается с учетом следующего

направления

1. Производственные помещения, не опасные в

отношении взрыва

Радиальные линии для

питания одиночных силовых электроприемников

Изолированные проводники в металлической оболочке или проложенные в металлических трубах

Iв < 3 Iпр

2. То же

Магистральные или

групповые радиальные

линии для питания силовых электроприемников

То же

Iв < 1,5 Iпр

3. а) То же

Все линии сети электрического освещения

Все конструкции изолированных проводников при любом способе прокладки

Iв < Iпр

б) Жилые дома, бытовые и общественные помещения

То же

То же

Iв < 0,81 Iпр

Пример 3. Выбрать сечение кабеля и ток плавкой вставки магистрали, питающей 27 асинхронных двигателей металлообрабатывающих станков, из которых 22 двигателя – с короткозамкнутым ротором, а остальные – с контактными кольцами.

Параметры двигателей сведены в таблицу.

Тип

двигателя

Рн ,

кВт

Uн ,

В

ηн

cosφн

Iп/Iн

Количество, шт.

А 61-6

7

380/220

0,86

0,81

4,5

10

А 72-8

14

380/220

0,87

0,81

4

5

А 61-4

10

380/220

0,88

0,88

5

5

А 52-2

10

380/220

0,875

0,89

6,5

2

АК 81-8

20

380/220

0,855

0,89

3

АК 72-4

28

380/220

0,88

0,87

2

Напряжение заводской сети составляет 380В.

Суммарная установленная мощность всех двигателей составит:

015e8-clip-1kb

Расчетная мощность

6fb1f-clip-2kb

Полная расчетная мощность

d8776-clip-2kb

Расчетный коэффициент kс и расчетный соsφр  взяты из таблицы для данной категории потребителей.

Расчетный ток магистрали

240d6-clip-2kb

Сечение кабеля выбирается из условия

4bd80-clip-501b

Ближайший больший допустимый ток по таблице, равный 200А, соответствует сечению кабеля 70мм2.

Номинальный ток стандартной плавкой вставки выбирается из условия (6)

8be4e-clip-476b

Номинальный ток двигателя мощностью 14кВт

95df4-clip-3kb

Соответственно пусковой ток двигателя мощностью 14кВт

34ae9-clip-1kb

Номинальный ток двигателя мощностью 10кВт

971b1-clip-2kb

Соответственно пусковой ток двигателя 10кВт

4805f-clip-1kb

По абсолютной величине приращение пускового тока для двигателя мощностью 10кВт больше, чем для двигателя мощностью 14кВт.

Номинальный ток стандартной плавкой вставки магистрали с учетом пусковых токов определяется из условия

12330-clip-3kb

Таким образом, учет пусковых токов не приводит к увеличению номинального тока плавкой вставки, выбранного по условию (6).

Окончательно выбираем плавкую вставку на 200А и сечение кабеля 70мм2. Эта вставка защищает провод сечением 50мм2 и, тем более, защитит провод сечением 70мм2. Или на основании таблицы 2

c0b14-clip-1kb

Пример 4. Выбрать по условиям нагрева сечение провода марки ПРТО, проложенного в газовой трубе, и ток плавкой вставки ответвления, питающего асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Данные двигателя: Рн = 20кВт;  Uн = 380/220;

 ηн = 0,88;  соsφн = 0,84;  Iп/Iн = 4,5.

Заводская сеть имеет напряжение 380 В.

Номинальный ток двигателя

00fbc-clip-3kb

Сечение провода выбирается из условия

26079-clip-587b

Ближайший наибольший допустимый ток 55А соответствует сечению провода 10мм2.

Номинальный ток стандартной плавкой вставки из условия Iв ³ Iр составляет 60А.

Пусковой ток двигателя

Без имени-2

Номинальный ток стандартной плавкой вставки по условиям пускового тока

Без имени-2

Необходимо выбрать плавкую вставку с номинальным током, равным 80А. Такой плавкой вставке соответствует сечение провода 4мм2. Плавкая вставка с номинальным током, равным 80А, защищает провод марки ПРТО ответвления, проложенный в газовой трубе и имеющий сечение 4мм2, и, тем более, защитит провод 10мм2.

Или на основании таблицы 2

Без имени-2