Pollife.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выбор сечения кабеля по допустимому току (нагреву)

Выбор сечения кабеля по допустимому току (нагреву)

Научиться выбирать сечение кабеля для линий электропередач питания тяговых подстанций по допустимому току (нагреву).

Краткие теоретические сведения

Проектирование каких-либо электросетей бытового или промышленного назначения необходимо начинать с расчета подходящего сечения кабеля, от этого параметра зависит очень многое, и в первую очередь – надежность и работоспособность электросети. Насколько хорошо просчитана электросеть и насколько правильно подобранно сечение кабеля зависят потери мощности в проектируемой сети, которые бывают достаточно значительны, если неправильно выбрать сечение кабеля. Помимо этого, существует вероятность перегрева кабеля и его разрушение.

Главными критериями, которые учитываются во время проектирования и подбора сечения, это величина токовой нагрузки, напряжение сети, мощность потребителя электроэнергии. Проектирование электросети и выбор кабелей всегда начинается с определения свойств электрооборудования, которое будет находиться в этой сети и потреблять электроэнергию. Если на участке сети будет находиться несколько потребителей электричества, то для выбора сечения кабеля для данного участка их мощности складываются. После определения потребляемой мощности для каждого участка проектируемой сети, рассчитывают допустимую токовую нагрузку. Для расчета нагрузки, используется упрощенная формула, в которой находится напряжение сети и мощность потребления для данного участка сети.

После просчета токовой нагрузки и определения ее длительности, необходимо выяснить условия, при которых будет использоваться электросеть, температура и способ прокладки электрической сети (открытый или закрытый).

После того, как допустимый ток и время нагрузки просчитаны, учтены условия эксплуатации и прокладки электросети, можно начать выбор сечения кабеля. Выбор кабелей электросети осуществляется по таблицам длительного допустимого тока нагрузки, где принимается во внимание и способ прокладки кабелей. Конечно, достаточно сложно подобрать кабель, точно подходящий расчетному току нагрузки, в подобных случаях сечение кабеля всегда берут с запасом.

Задание

Выбрать сечение кабеля для линий электропередач питания тяговых подстанций по допустимому току (нагреву).

Проанализировать проделанную работу.

Схема питания тяговых подстанций представлена в соответствии с рисунком 1.

Рисунок 1 — Схема питания тяговых подстанций

Тяговая подстанция ТП1 питается от понижающей подстанции ПП1 по двум кабельным линиям проложенным в земле lз. Тяговая подстанция ТП2 питается от понижающей подстанции ПП2 по одной воздушной линии lв. Тяговые подстанции ТП1 и ТП2 соединены одиночным соединительным кабелем (при расчёте мощностей тяговых подстанций не учитывать).

Исходные данные для расчёта, выбираются в соответствии с последней цифрой в порядковом номере по списку, в таблице 1.

Таблица 1 — Исходные данные для расчёта

ВариантНоминальное напряжение сети Uн, кВТяговая подстанция ТП1Тяговая подстанция ТП2Длина кабельной линии в земле lз, кмДлина воздушной кабельной линии lв, кмПродолжительность использования максимума нагрузки Тм, ч/год
Количество трансформаторов n1, штПолная номинальная мощность трансформатора Sн1, кВАКоэффициент мощности соsφ1Количество трансформаторов n2, штПолная номинальная мощность трансформатора Sн2, кВАКоэффициент мощности соsφ2
0,9700,9903000-5000
0,9750,9859,5
0,9800,9801,5
0,9850,9758,5
0,9900,9702,5
0,9700,9907,5
0,9750,9853,5
0,9800,9806,5
0,9850,9754,5
0,9900,9705,5

При выборе кабелей и проводов принять:

— для не чётных вариантов температуру среды при прокладке в земле +20 0 С и расстояние между кабелями 100 мм, при прокладке в воздухе +35 0 С;

— для чётных вариантов температуру среды при прокладке в земле +25 0 С и расстояние между кабелями 200 мм, при прокладке в воздухе +30 0 С.

Порядок выполнения расчёта

Сечение проводников линий электропередачи должно быть таким, чтобы провода не перегревались при любой нагрузке в нормальном рабочем и послеаварийном режиме.

Выбор сечения проводников по нагреву сводится к сравнению расчётного тока Iр, А, с длительно допустимыми токами нагрузки Iдоп, А, для стандартных сечений с учётом марки кабеля и температурных условий

где КТ — поправочный температурный коэффициент, вводимый, если температура земли отличается от +15 0 С, а воздуха — +25 0 С (ПУЭ, издание 7, таблица 1.3.3);

КП — поправочный коэффициент на прокладку, вводимый, если количество работающих рядом кабелей больше одного, т.к. ухудшаются условия их охлаждения (ПУЭ, издание 7, таблица 1.3.26).

Расчетный ток в линии в послеаварийном режиме (работа одного кабеля) Iр, А, определяется по формуле

где Sр — расчётная полная мощность приёмника, кВА;

Uн — номинальное напряжение сети, кВ.

Расчётная полная мощность приёмника Sр, кВА, определяется по формуле

где Sнn — номинальная полная мощность n-го приёмника, кВА.

Допустимые длительные токовые нагрузки для трёхжильных кабелей, прокладываемых в земле, представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Допустимые длительные токовые нагрузки для трёхжильных кабелей, прокладываемых в земле

Сечение токоведущей жилы, мм 2Допустимые длительные токовые нагрузки для трёхжильных кабелей, прокладываемых в земле, А, при марке кабеля
С резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой оболочкеС бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке
медные жилыалюминиевые жилымедные жилыалюминиевые жилы
3 кВ6 кВ10 кВ3 кВ6 кВ10 кВ3 кВ6 кВ10 кВ3 кВ6 кВ10 кВ

Допустимые длительные токовые нагрузки для голых проводов, прокладываемых вне помещений, представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Допустимые длительные токовые нагрузки для голых проводов, прокладываемых вне помещений

Сечение токоведущей жилы, мм 2Сечение (алюминий/ сталь), мм 2Допустимые длительные токовые нагрузки для голых проводов, прокладываемых вне помещений, А, при марке провода
М (медные)А (алюминиевые)АС (сталеалюминевые)
10/1,8
16/2,7
25/4,2
35/6,2
50/8
70/11
95/16
120/19
120/27
150/19
150/24
150/34
185/24
185/29
185/43
240/32
240/39
240/56

Допустимые температуры нагрева для проводов и кабелей при нормированной температуре среды кабели представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Допустимые температуры нагрева для проводов и кабелей при нормированной температуре среды

Нормированная температураДопустимые температуры нагрева для проводов и кабелей, 0 С, при марке
С резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой оболочкеС бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочкеГолые провода
3 кВ6 кВ10 кВ20 и 35 кВ
жилы+65+80+65+60+50+70
земли+15+15+15+15+15
воздуха+25+25+25+25+25+25
Читайте так же:
Дистанционно управляемые выключатели света

Поправочные коэффициенты на допустимый длительный ток в зависимости от температуры земли и воздуха кабели представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Поправочные коэффициенты на допустимый длительный ток для кабелей, неизолированных и изолированных проводов и шин в зависимости от температуры земли и воздуха

Условная температура среды, 0 СНормированная температура жил, 0 СПоправочные коэффициенты при расчётной температуре среды 0 С
-5 и ниже+5+10+15+20+25+30+35+40+45+50
1,141,111,081,041,000,960,920,880,830,780,730,68
1,181,141,101,051,000,950,890,840,770,710,630,55
1,201,151,121,061,000,940,880,820,750,670,750,47
1,221,171,121,071,000,930,860,790,710,610,500,36
1,251,201,141,071,000,930,840,760,660,540,37
1,241,201,171,131,091,041,000,950,900,850,800,74
1,291,241,201,151,111,051,000,940,880,810,740,67
1,321,271,221,171,121,061,000,940,870,790,710,61
1,361,311,251,201,131,071,000,930,850,760,660,54
1,411,351,291,231,151,081,000,910,820,710,580,41
1,481,411,341,261,181,091,000,890,780,630,45

Поправочные коэффициенты на количество работающих кабелей, проложенных рядом в земле кабели представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Поправочные коэффициенты на количество работающих кабелей, проложенных рядом в земле

Расстояние между кабелями, ммПоправочные коэффициенты при количестве кабелей
1,000,900,850,800,780,75
1,000,920,870,840,820,81
1,000,930,900,870,860,85

Пример выполнения расчёта

Исходные данные для расчёта:

— номинальное напряжение сети Uн = 10 кВ;

— количество трансформаторов ТП1 n1 = 2 шт;

— полная номинальная мощность трансформаторов ТП1 Sн1 = 1000 кВА;

— коэффициент мощности ТП1 соsφ1 = 0,900;

— количество трансформаторов ТП2 n2 = 2 шт;

— полная номинальная мощность трансформаторовТП2 Sн2 = 400 кВА;

— коэффициент мощностиТП2 соsφ2 = 0,900;

— длина кабельной линии в земле lз = 5 км;

— длина воздушной кабельной линии lв = 6 км;

— продолжительность использования максимума нагрузки Тм = 3000-5000 ч/год.

При выборе кабелей и проводов принять температуру среды при прокладке в земле +20 0 С и расстояние между кабелями 100 мм, при прокладке в воздухе +30 0 С.

Схема питания тяговых подстанций представлена в соответствии с рисунком 1.

Для кабельной линии в земле.

Расчётная полная мощность приёмника

Расчетный ток в линии в послеаварийном режиме (работа одного кабеля)

Допустимые длительные токовые нагрузки на кабели представлены в таблице 2.

Выбираем кабель АСБ 3х50, Iдоп = 140 А.

Допустимые температуры нагрева кабелей и проводов при нормированной температуре среды кабели представлены в таблице 4.

Поправочные коэффициенты на допустимый длительный ток в зависимости от температуры земли и воздуха кабели представлены в таблице 5.

При температуре земли +20 0 С, поправочный температурный коэффициент КТ = 0,94.

Поправочные коэффициенты на количество работающих кабелей, проложенных рядом в земле кабели представлены в таблице 6.

При количестве работающих кабелей, проложенных рядом в земле, равном 2 и расстоянием между кабелями 100 мм, поправочный коэффициент на прокладку КП = 0,90.

Длительно допустимый ток нагрузки с учётом коэффициентов

Для воздушной линии.

Расчётная полная мощность приёмника

Расчетный ток в линии в послеаварийном режиме (работа одного кабеля)

Допустимые длительные токовые нагрузки на голые кабели представлены в таблице 3.

Выбираем провод АС-10, Iдоп = 84 А.

При температуре воздуха +30 0 С, поправочный температурный коэффициент КТ = 0,94.

Длительно допустимый ток нагрузки с учётом коэффициентов

По результатам расчёта практической работы выбрали для кабельной линии в земле кабель АСБ 3х50, Iдоп = 140 А, для воздушной линии провод АС-10, Iдоп = 84 А.

Контрольные вопросы

1.С чего начинается проектирование электросетей?

2.Главные критерии выбора сечения кабеля.

3.Как осуществляется выбор сечения кабеля по допустимому току (нагреву)?

Как выбрать сечение кабеля — советы проектировщика

На рынках часто можно увидеть написанные от руки таблички, указывающие, какой кабель необходимо приобрести покупателю в зависимости от ожидаемого тока нагрузки. Не верьте этим табличкам, так как они вводят Вас в заблуждение. Сечение кабеля выбирается не только по рабочему току, но и еще по нескольким параметрам.

Прежде всего, необходимо учитывать, что при использовании кабеля на пределе его возможностей жилы кабеля нагреваются на несколько десятков градусов. Приведенные на рисунке 1 величины тока предполагают нагрев жил кабеля до 65 градусов при температуре окружающей среды 25 градусов.

Если в одной трубе или лотке проложено несколько кабелей, то вследствие их взаимного нагрева (каждый кабель нагревает все остальные кабели) максимально допустимый ток снижается на 10 – 30 процентов.

Также максимально возможный ток снижается при повышенной температуре окружающей среды. Поэтому в групповой сети (сеть от щитков до светильников, штепсельных розеток и других электроприемников) как правило, используют кабели при токах, не превышающих значений 0,6 – 0,7 от величин, приведенных на рисунке 1.

Рис. 1. Допустимый длительный ток кабелей с медными жилами

Исходя из этого повсеместное использование автоматических выключателей с номинальным токов 25А для защиты розеточных сетей, проложенных кабелями с медными жилами сечением 2,5 мм2 представляет опасность. Таблицы снижающих коэффициентов в зависимости от температуры и количества кабелей в одном лотке можно посмотреть в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ).

Дополнительные ограничения возникают, когда кабель имеет большую длину. При этом потери напряжения в кабеле могут достичь недопустимых значений. Как правило, при расчете кабелей исходят из максимальных потерь в линии не более 5%.

Потери рассчитать не сложно, если знать величину сопротивления жил кабелей и расчетный ток нагрузки. Но обычно для расчета потерь пользуются таблицами зависимости потерь от момента нагрузки. Момент нагрузки вычисляют как произведение длины кабеля в метрах на мощность в киловаттах.

Как выбрать сечение кабеля

Данные для расчета потерь при однофазном напряжении 220 В показаны в таблице 1. Например для кабеля с медными жилами сечением 2,5 мм2 при длине кабеля 30 метров и мощности нагрузки 3 кВт момент нагрузки равен 30х3=90, и потери составят 3%. Если расчетное значение потерь превышает 5%, то необходимо выбрать кабель большего сечения.

Таблица 1. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в двухпроводной линии на напряжение 220 В при заданном сечении проводника

Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в двухпроводной линии на напряжение 220 В при заданном сечении проводника

По таблице 2 можно определить потери в трехфазной линии. Сравнивая таблицы 1 и 2 можно заметить, что в трехфазной линии с медными проводниками сечением 2,5 мм2 потерям 3% соответствует в шесть раз больший момент нагрузки.

Тройное увеличение величины момента нагрузки происходит вследствие распределения мощности нагрузки по трем фазам, и двойное – за счет того, что в трехфазной сети при симметричной нагрузке (одинаковых токах в фазных проводниках) ток в нулевом проводнике равен нулю. При несимметричной нагрузке потери в кабеле возрастают, что необходимо учитывать при выборе сечения кабеля.

Таблица 2. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в трехфазной четырехпроводной линии с нулем на напряжение 380/220 В при заданном сечении проводника

Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в трехфазной четырехпроводной линии с нулем на напряжение 380/220 В при заданном сечении проводника

Потери в кабеле сильно сказываются при использовании низковольтных, например галогенных ламп. Это и понятно: если на фазном и нулевом проводниках упадет по 3 Вольта, то при напряжении 220 В мы этого скорее всего не заметим, а при напряжении 12 В напряжение на лампе упадет вдвое до 6 В. Именно поэтому трансформаторы для питания галогенных ламп необходимо максимально приближать к лампам. Например при длине кабеля 4,5 метра сечением 2,5 мм2 и нагрузке 0,1 кВт (две лампы по 50 Вт) момент нагрузки равен 0,45, что соответствует потерям 5% (Таблица 3).

Таблица 3. Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в двухпроводной линии на напряжение 12 В при заданном сечении проводника

Момент нагрузки, кВт х м, для медных проводников в двухпроводной линии на напряжение 12 В при заданном сечении проводника

Приведенные таблицы не учитывают увеличения сопротивления проводников от нагрева за счет протекания по ним тока. Поэтому если кабель используется при токах 0,5 и более от максимально допустимого тока кабеля данного сечения, то необходимо вводить поправку. В простейшем случае если Вы рассчитываете получить потери не более 5%, то рассчитывайте сечение исходя из потерь 4%. Также потери могут возрасти при наличии большого количества соединений жил кабелей.

Кабели с алюминиевыми жилами имеют сопротивление в 1,7 раза большее по сравнению с кабелями с медными жилами, соответственно и потери в них в 1,7 раза больше.

Вторым ограничивающим фактором при больших длинах кабеля является превышение допустимого значения сопротивления цепи фаза – ноль. Для защиты кабелей от перегрузок и коротких замыканий, как правило, используют автоматические выключатели с комбинированным расцепителем. Такие выключатели имеют тепловой и электромагнитный расцепители.

Электромагнитный расцепитель обеспечивает мгновенное (десятые и даже сотые доли секунды) отключение аварийного участка сети при коротком замыкании. Например автоматический выключатель, имеющий обозначение С25, имеет тепловой расцепитель на 25 А и электромагнитный на 250А. Автоматические выключатели группы «С» имеют кратность отключающего тока электромагнитного расцепителя к тепловому от 5 до 10. Но при расчете линии на ток короткого замыкания берется максимальное значение.

В общее сопротивление цепи фаза – ноль включаются: сопротивление понижающего трансформатора трансформаторной подстанции, сопротивление кабеля от подстанции до вводного распределительного устройства (ВРУ) здания, сопротивление кабеля, проложенного от ВРУ к распределительному устройству (РУ) и сопротивление кабеля собственно групповой линии, сечение которого необходимо определить.

Если линия имеет большое количество соединений жил кабеля, например групповая линия из большого количества светильников, соединенных шлейфом, то сопротивление контактных соединений также подлежит учету. При очень точных расчетах учитывают сопротивление дуги в месте замыкания.

Полное сопротивление цепи фаза-ноль для четырехжильных кабелей приведены в таблице 4. В таблице учтены сопротивления как фазного, так и нулевого проводника. Значения сопротивлений приведены при температуре жил кабелей 65 градусов. Таблица справедлива и для двухпроводных линий.

Таблица 4. Полное сопротивление цепи фаза — ноль для 4-жильных кабелей, Ом/км при температуре жил 65 о С

Полное сопротивление цепи фаза - ноль для 4-жильных кабелей, Ом/км при температуре жил 65оС

В городских трансформаторных подстанциях, как правило, установлены трансформаторы мощностью от 630 кВА и более, имеющие выходное сопротивление Rтп менее 0,1 Ома. В сельских районах могут быть использованы трансформаторы на 160 – 250 кВА, имеющие выходное сопротивление порядка 0,15 Ом, и даже трансформаторы на 40 – 100 кВА, имеющие выходное сопротивление 0,65 – 0,25 Ом.

Кабели питающей сети от городских трансформаторных подстанций к ВРУ домов, как правило используют с алюминиевыми жилами с сечением фазных жил не менее 70 – 120 мм2. При длине этих линий менее 200 метров сопротивление цепи фаза – ноль питающего кабеля (Rпк) можно принять равным 0,3 Ом. Для более точного расчета необходимо знать длину и сечение кабеля, либо измерить это сопротивление. Один из приборов для таких измерений (прибор Вектор) показан на рис. 2.

Прибор для измерения сопротивления цепи фаза-ноль Вектор

Рис. 2. Прибор для измерения сопротивления цепи фаза-ноль «Вектор»

Сопротивление линии должно быть таким, чтобы при коротком замыкании ток в цепи гарантированно превысил ток срабатывания электромагнитного расцепителя. Соответственно, для автоматического выключателя С25 ток короткого замыкания в линии должен превысить величину 1,15х10х25=287 А, здесь 1,15 – коэффициент запаса.

Следовательно, сопротивление цепи фаза – ноль для автоматического выключателя С25 должно быть не более 220В/287А=0,76 Ом. Соответственно для автоматического выключателя С16 сопротивление цепи не должно превышать 220В/1,15х160А=1,19 Ом и для автомата С10 – не более 220В/1,15х100=1,91 Ом.

Таким образом, для городского многоквартирного дома, принимая Rтп=0,1 Ом; Rпк=0,3 Ом при использовании в розеточной сети кабеля с медными жилами с сечением 2,5 мм2, защищенного автоматическим выключателем С16, сопротивление кабеля Rгр (фазного и нулевого проводников) не должно превышать Rгр=1,19 Ом – Rтп – Rпк = 1,19 – 0,1 – 0,3 = 0,79 Ом. По таблице 4 находим его длину – 0,79/17,46 = 0,045 км, или 45 метров. Для большинства квартир этой длины бывает достаточно.

При использовании автоматического выключателя С25 для защиты кабеля сечением 2,5 мм2 сопротивление цепи должно быть менее величины 0,76 – 0,4 = 0,36 Ом, что соответствует максимальной длине кабеля 0,36/17,46 = 0,02 км, или 20 метров.

При использовании автоматического выключателя С10 для защиты групповой линии освещения, выполненной кабелем с медными жилами сечением 1,5 мм2 получаем максимально допустимое сопротивление кабеля 1,91 – 0,4 = 1,51 Ом, что соответствует максимальной длине кабеля 1,51/29,1 = 0,052 км, или 52 метра. Если такую линию защищать автоматическим выключателем С16, то максимальная длина линии составит 0,79/29,1 = 0,027 км, или 27 метров.

Допустимые температуры кабелей при прокладке и способы их прогрева

Независимо от места и способа прокладки, рода изоляции жил и напряжения кабелей прокладку их, как правило, следует осуществлять при положительной температуре окружающего воздуха.
Кабели в холодное время года прокладывают без предварительного подогрева, если температура воздуха в течение 24 ч до начала работ не была ниже:
0 °С — для силовых бронированных и небронированных кабелей с бумажной изоляцией (низкой, нестекающей и обедненно-пропитанной) в свинцовой или алюминиевой оболочке; -г7 °С — для контрольных и силовых кабелей напряжением до 35 кВ с пластмассовой или резиновой изоляцией и оболочкой с волокнистыми материалами в защитном покрове, а также с броней из стальных лент или проволок; -15 °С — для контрольных и силовых кабелей напряжением до 10 кВ с поливинилхлоридной или резиновой изоляцией и оболочкой без волокнистых материалов в защитном покрове, а также с броней из профилированной стальной оцинкованной ленты;
-20 °С — для небронированных контрольных и силовых кабелей с полиэтиленовой изоляцией и оболочкой без волокнистых материалов в защитном покрове, а также с резиновой изоляцией в свинцовой оболочке.
При температуре воздуха ниже минимально допустимой, при которой можно прокладывать кабель без предварительного подогрева, прокладка силовых кабелей с нормальной, нестекающей и обеднённо-пропитанной бумажной, а также с пластмассовой изоляцией и оболочкой допускается только после предварительного подогрева кабеля перед прокладкой и выполнения прокладки в сжатые сроки.
Прогрев кабелей перед прокладкой производят внутри стационарных или передвижных помещений, а прокладку выполняют при температуре от 0 до -10 °С в течение не более 1 ч; от -11 до -19 °С — не более 40 мин; от — 20 °С и ниже — не более 30 мин.
При невозможности прокладки кабеля в указанный срок в процессе прокладки должен обеспечиваться постоянный подогрев кабеля или прокладка его должна производиться с перерывами, во время которых кабель подлежит дополнительному подогреву.

Небронированные кабели с алюминиевой оболочкой в поливинилхлоридном шланге, даже предварительно подогретые, не допускается прокладывать при температуре окружающего воздуха ниже -20 °С. При температуре окружающего воздуха ниже -40 °С прокладка кабелей всех марок не допускается.
При температуре прокладки ниже -20 °С кабели в течение всего периода раскатки подогревают. Электропитание для прогрева подводят к наружному концу кабеля, укладываемому в начале трассы и закрепляемому в непосредственной близости от источника подогрева (при этом прокладку кабеля осуществляют с барабана, перемещаемого вдоль трассы).
При прокладке предварительно подогретого кабеля создают повышенный запас 3. 4% по длине вместо 1. 2%, так как после охлаждения длина кабеля сокращается значительнее, чем в обычных условиях.
Быстро прогреть кабель можно трехфазным током от присоединяемого к сети 220 или 380 В специального трехфазного трансформатора мощностью 20 кВ • А, вторичная обмотка которого имеет 10 ступеней напряжения (от 7 до 98 В). Такой прогрев кабелей проводят при постоянном контроле температуры токопроводящих жил, чтобы не допустить увеличения ее выше 40 °С. Схема прогрева кабеля с помощью трехфазного трансформатора приведена на рис.
Схемы прогрева кабелей

Схемы прогрева кабелей: а — трехфазным током; б — однофазным сварочным трансформатором 1 — токопроводящие жилы внутреннего конца кабеля; 2 — прогреваемый кабель; 3 — токопроводящие жилы наружного конца кабеля; 4 — трансформатор тока; 5 — трансформатор, 6 — регулируемый трансформатор

Кабель можно прогреть также однофазным или постоянным током. В качестве источника тока в этом случае можно использовать сварочный трансформатор (например, СТЭ-32) или сварочный генератор, позволяющий регулировать силу тока более плавно и в широких пределах. На рис. б приведена схема прогрева кабеля однофазным током. В цепь вторичной обмотки трансформатора здесь включен дроссель, который позволяет регулировать силу тока в кабеле. Отметим, что при данной схеме прогрева в одной из жил кабеля будет течь ток в два раза больший, чем в двух других, и он будет нагреваться несколько неравномерно.
Практически работы по прогреву кабелей электрическим током проводят в следующем порядке.
Разделывают оба конца кабеля и на его внутреннем конце соединяют опрессовкой накоротко все жилы (при прогреве однофазным или постоянным током соединяют также две жилы на наружном конце). Место соединения покрывают изоляционной лентой. Оба конца кабеля заделывают герметично. Для заделки конца с закороченными жилами к металлической оболочке припаивают свинцовый колпачок так, чтобы жилы примерно на 50 мм не доходили до его торца. Для заделки другого конца кабеля, к которому подводится ток, используется временная воронка из рубероида, толя или электрокартона с заливкой ее битумной кабельной массой. Такую воронку можно использовать и для герметизации конца с закороченными жилами кабелей с пластмассовой изоляцией. Если необходимо прогреть несколько кабелей одновременно, их соединяют между собой последовательно.
На время прогрева устанавливают дежурство и принимают меры пожарной безопасности (доставляют огнетушители, песок, лопаты и др.).
Нагрев жил кабеля контролируют по показаниям термометра установленного на его оболочке, при этом следует учитывать, что температура жил кабеля, рассчитанного на напряжение 1 кВ, выше показываемой термометром температуры оболочки в среднем на 10 °С.
Силу тока прогрева контролируют по амперметру, при этом не должно быть превышения номинальных значений плотности тока для кабелей данного сечения. Допустимые значения силы тока при прогревании кабеля приведены в табл.
Прогрев кабеля током следует прекращать по достижении температуры наружного покрова внешних витков кабеля +20 °С, если температура наружного воздуха не ниже -10 °С и, соответственно, +30 °С при температуре наружного воздуха -20 °С.

Допустимые значения силы тока при прогревании кабелей, А

Температура проводки при включенной нагрузке. Измерение температуры нагрева кабелей — испытание и проверка силовых кабелей. Определяется значение коэффициента К

Силовая кабельная линия — это линия для передачи электрической энергии, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными. стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. В силовых кабельных линиях наиболее широко используются кабели с бумажной и пластмассовой изоляцией. Тип изоляции силовых кабелей и их конструкция влияют не только на технологию монтажа, но и на условия эксплуатации силовых кабельных линий. В особенности это касается кабелей с пластмассовой изоляцией. Так в результате изменяющихся при эксплуатации нагрузок и дополнительного нагрева, обусловленного перегрузками и токами короткого замыкания, в изоляции кабелей возникает давление от увеличивающегося при нагреве полиэтилена (поливинилхлорида), которое может растягивать экраны и оболочки кабелей, вызывая их остаточные деформацию. При последующем охлаждении вследствие усадки в изоляции образуются газовые или вакуумные включения, являющиеся очагами ионизации. В связи с этим будут изменяться ионизационные характеристики кабелей. Сравнительные данные по величине температурного коэффициента объемного расширения различных материалов, используемых в конструкциях силовых кабелей приведенные в таблице 1.

Таблица 1. Температурные коэффициенты объемного расширения материалов, применяемых в конструкции силовых кабелей

При этом следует отметить, что наибольшая величина температурного коэффициента объемного расширения имеет место при температурах 75-125°С. соответствующего нагреву изоляции при кратковременных перегрузках и токах короткого замыкания.

Бумажная пропитанная изоляция жил кабелей имеет высокие электрические характеристики. продолжительные срок службы и сравнительно высокую температуру нагрева. Кабели с бумажной изоляцией лучше сохраняют свои электрические характеристики в процессе эксплуатации при возникавших частых перегрузах и связанных с этим дополнительных нагревах.

Для обеспечения длительной и безаварийной работы кабельных линий необходимо, чтобы температура жил и изоляции кабеля в процессе эксплуатации не превышала допустимых пределов.

Длительно допустимая температура токопроводящих жил и допустимый их нагрев при токах короткого замыкания определяются материалом изоляции кабеля. Максимально допустимые температуры жил силовых кабелей для различного материала изоляции жил приведены в табл. 2.

Таблица 2. Максимально допустимые температуры жил силовых кабелей

Напряжение кабеля, кВ

Длительно допустимая температура жил кабеля, РС

Допустимый нагрев жил при токах короткого замыкания, °С

Резиновая повышенной теплостойкости

Примечание: Допустимый нагрев жил кабелей из поливинилхлоридного пластиката и полиэтилена в аварийном режиме должен быть не более 80°С, из вулканизирующегося полиэтилена – 130°С.

Продолжительность работы кабелей в аварийном режиме не должна превышать 8 ч в сутки и 1000 час. за срок службы. Кабельные линии напряжением 6-10 кВ, несущие нагрузки меньше номинальных, могут кратковременно перегружаться при условиях, приведенных в табл. 3.

Таблица 3. Допустимые перегрузки по отношению к номинальному току кабельных линий напряжением 6-10 кВ

Примечание: Для кабельных линий, находящихся в эксплуатации более 15 лет, перегрузки должны быть понижены на 10%. Перегрузка кабельных линий на напряжение 20 ÷35 кВ не допускается.

Любая силовая кабельная линия помимо своего основного элемента — кабеля, содержит соединительные и концевые муфты (заделки), которые оказывают значительное влияние на надежность всей кабельной линии.

В настоящее время при монтаже, как концевых муфт (заделок) так и соединительных муфт широкое применение находят термоусаживаемые изделия из радиационно-модифицированного полиэтилена. Радиационное облучение полиэтилена приводит к получению качественно нового электроизоляционного материала, обладающего уникальными комплексами свойств. Так, его нагревостойкость возрастает с 80 °С до 300°С при кратковременной работе и до 150 °С при длительной. Этот материал отличается высокими физико-механическими свойствами: термостабильностью, хладостойкостью, стойкостью к агрессивным химическим средам, растворителями, бензину, маслам. На ряду со значительной эластичностью он обладает высокими диэлектрическими свойствами, сохраняющимися при весьма низких температурах. Термоусаживаемые муфты и заделки монтируют как на кабелях с пластмассовой, так и кабелях с бумажной пропитанной изоляцией.

Проложенный кабель подвергается воздействию агрессивных компонентов среды, которые обычно являются разбавленными в той или иной степени химическими соединителями. Материалы, из которых изготовлены оболочка и броня кабелей, имеют разную коррозийную стойкость.

Свинец устойчив в растворах, содержащих серную, сернистую, фосфорную, хромовую и фторно-водородную кислоты. В соляной кислоте свинец устойчив при ее концентрации до 10%.

Наличие хлористых и сульфатных солей в воде или почве вызывает резкое торможение коррозии свинца. поэтому свинец устойчив в солончаковых почвах морской воде.

Азотно-кислотные соли (нитраты) вызывают сильную коррозию свинца. Это весьма существенно, так как нитраты образуются в почве в процессе микробиологического распада и вносятся в нее в виде удобрений. Почвы по степени возрастания их агрессивности по отношению к свинцовым оболочкам можно распределить следующим образом:

а) солончаковые; б) известковые; в) песчаные; г) черноземные; д) глинистые; е) торфяные.

Углекислота и фенол значительно усиливает коррозию свинца. Свинец устойчив в щелочах.

Алюминий устойчив в органических кислотах и неустойчив в соляной, фосфорной, муравьиной кислотах. а также в щелочах. Сильно агрессивное действие на алюминий оказывают соли, при гидролизе которых образуются кислоты или щелочи. Из нейтральных солей (рН=7) наибольшей активностью обладают соли, содержащие хлор, так как образующиеся хлориды разрушают защитную пленку алюминия, поэтому наиболее агрессивными для алюминиевых оболочек являются солончаковые почвы. Морская во да, главным образом из-за наличия в ней ионов хлора, также является для алюминия сильно агрессивной средой. В растворах сульфатов, нитратов и хромов алюминий достаточно устойчив. Коррозия алюминия значительно усиливается при контакте с более электроположительным металлом, например свинцом, что, имеет место при установке соединительных муфт, если не принято специальных мер.

При монтаже свинцовой соединительной муфты на кабеле с алюминиевой оболочкой образуется контактная гальваническая пара свинец-алюминий, в которой алюминий является анодом, что может вызвать разрушение алюминиевой оболочки через несколько месяцев после монтажа муфты. При этом повреждение оболочки происходит на расстоянии 10-15 см от шейки муфты, т.е. на том месте, где с оболочки при монтаже снимаются защитные покровы. Для устранения вредного действия подобных гальванических пар муфту и оголенные участки алюминиевой оболочки покрывают кабельным составом марки МБ-70(60), разогретом до 130 °С, и сверху накладывают липкую поливинилхлоридную ленту в два слоя с 50%-ным перекрытием. Поверх липкой ленты накладывают слой просмоленной ленты с последующим покрытием ее битумным покровным лаком марки БТ-577.

Поливинилхлоридный пластикат негорюч, обладает высокой стойкостью против действия большинства кислот, щелочей и органических растворителей. Однако его разрушают концентрированные серная и азотная кислоты, ацетон и некоторые другие органические соединения. Под воздействием повышенной температуры и солнечной радиации поливинилхлоридный пластикат теряет свою пластичность и морозостойкость.

Полиэтилен обладает химической стойкостью к кислотам, щелочам, растворам солей и органическим растворителям. Однако полиэтилен под воздействием ультрафиолетовых лучей становится хрупким и теряет свою прочность.

Резина, применяемая для оболочек кабелей, хорошо противостоит действию масел, гидравлических и тормозных жидкостей, ультрафиолетовых лучей, а также микроорганизмов. Разрушающие действуют на резину растворы кислот и щелочей при повышенных температурах.

Броня, изготавливаемая из низко углеродной стали, обычно разрушается намного раньше, чем начинает коррозировать оболочка. Броня сильно коррозирует в кислотах и весьма устойчива в щелочах. Разрушающее действуют на нее сульфатвосстанавливаю щие бактерии, выделяющие сероводород и сульфиды.

Покровы из кабельной пряжи и битума практически не защищают оболочку от контакта с внешней средой и довольно быстро разрушаются в почвенных условиях.

Электрохимическая защита кабелей от коррозии осуществляется путем катодной поляризации их металлических оболочек, а в некоторых случаях и брони, т.е. накладыванием на последние отрицательного потенциала. В зависимости от способа электрической защиты катодная поляризация достигается присоединением к оболочкам кабелей катодной станции, дренажной и протекторной защиты. При выборе способа защиты учитывается основной фактор, вызывающий коррозию в данных конкретных условиях.

Марка силового кабеля характеризует основные конструктивные элементы и область применения кабельной продукции.

Буквенные обозначения конструктивных элементов кабеля приведены в табл. 4.

Как определить температуру нагрева кабеля?

Люди добрые и умные, помогите,plz. Как определить температуру нагрева кабеля определенной величиной тока за определенное время.(ток многократно превышает максимально длительно допустимый для данного кабеля)

#2 Ответ от Михаил 9 декабря 2004г. 00:10:26

  • На форуме с 28 января 2002г.
  • Сообщений: 180
  • Спасибо: 0
Re: Как определить температуру нагрева кабеля?

Vankuz, может ты, что-нибудь путаешь. Обычно кабели считают на термическую стойкость. И в этом расчете считают, сколько времени кабель может выдержать ток КЗ.

#3 Ответ от Vankuz 9 декабря 2004г. 10:42:48

  • На форуме с 7 декабря 2004г.
  • Сообщений: 8
  • Спасибо: 0
Re: Как определить температуру нагрева кабеля?

Все дело в том что этот кабель иногда должен будет работать в аварийном режиме, т.е. с перегрузкой.(От одного фидера идут два кабеля, один из них на время надо отключить) Вот встает вопрос сколько времени "продержится" второй кабель, ведь защита в данном случае не сработает.Вот такая петрушка. Спасибо. Vankuz.

#4 Ответ от Vankuz 9 декабря 2004г. 11:06:54

  • На форуме с 7 декабря 2004г.
  • Сообщений: 8
  • Спасибо: 0
Re: Как определить температуру нагрева кабеля?

Беда в том, что проверку на термическую стойкость я произвожу по уже ранее разработанной методичке, в частности по таблицам, но там для определения начальной температуры жил кабеля перед ткз max используемый коэфициент Iрасч/Iном кабеля =1,(на этом значении все графики заканчиваются) а в данном случае получается 2

#5 Ответ от Михаил 9 декабря 2004г. 12:53:01

  • На форуме с 28 января 2002г.
  • Сообщений: 180
  • Спасибо: 0
Re: Как определить температуру нагрева кабеля?

Да действительно бывают такие случаи, когда один кабель надо отключить и заменить. В этом случаи я рассчитываю кабели по аварийному току, то есть когда у вас один рабочий кабель на два ввода.

#6 Ответ от Michael 11 декабря 2004г. 11:09:31

  • На форуме с 11 декабря 2004г.
  • Сообщений: 12
  • Спасибо: 0
Re: Как определить температуру нагрева кабеля?

Оценить примерную температуру нагрева можно вспомнив формулы из школьного курса физики:
Температура нагрева жилы кабеля конечная, градусов-
tк=Q/(c*m)+tн
где Q-количество теплоты, Дж;
с-удельная теплоемкость материала Дж/(кг*градус),
в данном случае жила кабеля,
для меди 390 для алюминия 910;
m-массы жилы, кг;
tн-начальная температура.
Q=I^2*R*T,
где I-сила тока, А
R — сопротивление, Ом
T — время нагрева, секунд
R=0,017*L/S для меди,
R=0,028*L/S для алюминия
L- длина проводника, м
S- сечение жилы, мм^2.
Реально, с учетом потерь он должен нагреться немного меньше.

#7 Ответ от Михаил 11 декабря 2004г. 15:16:57

  • На форуме с 28 января 2002г.
  • Сообщений: 180
  • Спасибо: 0
Re: Как определить температуру нагрева кабеля?

Господа, зачем все усложнять. Если еще в 2001 году была издана инструкция о применении кабелей 1 кВ с пластмасловой изоляцией.
Что касается допустимого аварийного режима кабеля определяется расчетом с учетом допустимой перегрузки:
Iдоп.ав.реж.=к*Iдл.доп.
где: к ? коэффициент допустимой перегрузки кабеля:
— для кабеля с изоляцией из полиэтилена ? 1,1,
— для кабеля с изоляцией из поливинилхлорида ? 1,15;
Iдл.доп ? длительный допустимый ток (см. ПУЭ 7 изд.)
При этом перегрузка кабельной линии допускается на время максимума нагрузки продолжительностью не более 6 часов в сутки в течении 5 суток. Допустимая суммарная продолжительность работы кабелей с пластмассовой изоляцией и с аварийно-допустимой нагрузкой в пределах 1000 часов за весь срок службы кабеля (25 лет).
Разработана целая методика проверки кабельной линии на термическую стойкость. Весь этот расчет сводится к одному неравенству:
tрас.доп.=>tпл.вст.
где: tрас.доп.. ? допустимая продолжительность (сек) протекания расчетного тока К.З. (т.е. время в течении которого у кабеля не будет повреждена изоляция)
tпл.вст. ? время плавления плавкой вставки предохранителя по защитной ампер-секундной характеристике.
Поэтому VANKUZ, не забивай свою голову и рассчитывай кабели по аварийному режиму с учетом потери напряжения. Да я прекрасно понимаю, что, к примеру, вместо 120мм придется протащить 185мм и это тянет за собой удорожание монтажа. А что делать?
Если нужна методика расчета, тогда пришлю образец.

#8 Ответ от Vankuz 13 декабря 2004г. 11:23:33

  • На форуме с 7 декабря 2004г.
  • Сообщений: 8
  • Спасибо: 0
Re: Как определить температуру нагрева кабеля?

Господа, спасибо всем что помогли.Удалось кое-что посчитать, уговорить начальство вместо ремонта существующего кабеля проложить новый, но в 2 раза толще, хотя в данном случае ну ОЧЕНЬ просится 2-е резервное питание.

#9 Ответ от Dmitriy 2 января 2005г. 21:41:14

  • На форуме с 21 декабря 2004г.
  • Сообщений: 35
  • Спасибо: 0
Re: Как определить температуру нагрева кабеля?

🙂 если бы я был начальством то ты бы меня не уговорил проложить кабель в 2 раза толще .
вместо 120 . 185мм — да может быть но не 240.
:/ — а второй резерв зачем :/ — это что циркнасос первого контура на АЭС. если да то нифига себе у Вас начальство . куда катимся

#10 Ответ от Михаил 5 января 2005г. 00:55:09

  • На форуме с 28 января 2002г.
  • Сообщений: 180
  • Спасибо: 0
Re: Как определить температуру нагрева кабеля?

Dmitriy, Вы, чем сами занимаетесь?
А про второй резерв, Вы наверно не совсем поняли. Я говорил о двух рабочих вводах, в случае выхода из строя одного кабеля, второй начинает работать в аварийном режиме.
Существует понятие о второй категории электроснабжения, например: жилые многоэтажные дома, котельные, ИТП, крупные магазины и т.д.
Мне кажется Вы далеки от реальности. К примеру, один большой магазин запитали по одному кабелю. С начало все было замечательно, но с наступлением декабрьских морозов включили электрообогреватели и тому подобное. В результате чего кабель сгорел, и магазин остался без охраны и т.д.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector