Выбор сечений жил кабельных линий

Кабельные линии (КЛ) изготовляются на напряжения до 500 кВ включительно. Токоведущая жила кабелей выполняется алюминиевой или медной. В качестве изоляции используется бумага, пропитанная маслом, резина и пластмасса (полиэтилен, поливинилхлорид и сшитый полиэтилен СПЭ). Прокладка КЛ выполняется в земляных траншеях и открыто в кабельных сооружениях, например в тоннелях.

КЛ напряжением 110-220 кВ находят применение в системах электроснабжения крупнейших городов и энергоемких предприятий. КЛ напряжением до 35 кВ широко используются в распределительных сетях городов и промышленных предприятий, где прокладка ВЛ встречает большие затруднения.

Выбор сечений жил кабелей выполняется по нормированной экономической плотности тока (табл. 4.1). Сечение F жилы кабеля рассчитывается по выражению (4.1) и округляется до стандартного ближайшего сечения.

Выбранные сечения должны удовлетворять ряду технических требований, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация КЛ. Окончательный выбор сечения можно сделать только после проверки выполнения этих технических требований.

Проверка по допустимому нагреву. Для каждой КЛ устанавливаются допустимые токовые нагрузки, определяемые по участку трассы с наихудшими тепловыми условиями при длине участка не менее 10 м. Длительные допустимые токи I_д для разных марок кабелей при различных условиях прокладки принимаются по справочным материалам, например [4, 5].

Допустимые длительные токи в справочных материалах приводятся для одиночного кабеля, проложенного открыто при температуре воздуха +25^оС или в земле при температуре земли +15^оС и тепловом сопротивлении земли 1,2 м×К/Вт. При других условиях работы КЛ на величину допустимого тока вводятся поправочные коэффициенты.

Поправочный коэффициент k₁ на количество кабелей в одной земляной траншее указан в табл. 4.6. Поправочный коэффициент k₂ на действительную температуру окружающей среды указан в табл. 4.7 (данные приведены для кабелей напряжением 10 кВ). Поправочный коэффициент k₃ на тепловое сопротивление земли указан в табл. 4.8.

Таким образом, допустимый длительный ток кабеля с учетом реальных условий его прокладки составит

I_д' = k₁ k₂ k₃ I_д. (4.6)

Т а б л и ц а 4.6

Т а б л и ц а 4.7

Т а б л и ц а 4.8

Нормативные документы допускают перегрузку кабелей по отношению к допустимому длительному току, например, на период ликвидации аварии.

В соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» допускаются следующие перегрузки кабелей с изоляцией:

бумажной пропитанной напряжением до 10 кВ k_п=1,3;

полиэтиленовой и поливинилхлоридной k_п=1,15;

резиновой k_п=1,18.

Продолжительность перегрузки этих кабелей допускается не более 6 часов в сутки в течение 5 суток и не более 100 часов в год, если в остальное время указанных суток нагрузка не превышала длительно допустимой.

Перегрузка кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напряжением 20 кВ и выше не допускается.

В соответствии с данными заводов-изготовителей допускаются следующие перегрузки СПЭ кабелей:

при прокладке в земле k_п = 1,23 (напряжение до 35 кВ);

при прокладке в воздухе k_п = 1,27 (напряжение до 35 кВ);

при прокладке в земле k_п = 1,17 (напряжение 110 кВ);

при прокладке в воздухе k_п = 1,2 (напряжение 110 кВ).

Продолжительность перегрузки этих кабелей допускается не более 8 часов в сутки, не более 100 часов в год и не более 1000 часов за срок службы кабеля.

Сечение жилы кабеля, выбранное по (4.1), должно быть проверено по условию

I_max k_п I_д', (4.7)

где I_max – максимальный ток длительного режима.

Проверка по допустимой потере напряжения. Для КЛ напряжением до 20 кВ рассчитывается потеря напряжения U_maх от центра питания до наиболее электрически удаленного потребителя. Выбранные сечения КЛ должны проверяться по условию

U_max U_д, (4.8)

где U_д = 6%, допустимая потеря напряжения [5].

Линии 6-10 кВ, идущие непосредственно к электроприемникам этого напряжения, проверяются на допустимые отклонения напряжения в соответствии с ГОСТ 13109-97.

Проверка по термической стойкости. При протекании по сети аварийных токов КЗ происходит интенсивное нагревание токоведущих элементов кабеля. В [4] установлены предельные допустимые температуры _пр для кабелей с изоляцией:

бумажной пропитанной напряжением до 10 кВ – 200^оС;

бумажной пропитанной напряжением выше 10 кВ – 125 ^оС;

поливинилхлоридной и резиновой – 150 ^оС;

полиэтиленовой – 120 ^оС.

Расчет температуры жилы кабеля при протекании тока КЗ достаточно сложен. Поэтому в практических расчетах сечение кабеля проверяется по условию

F > F_{min тс}, (4.9)

где F_{min тс} – минимальное термически стойкое сечение кабеля, определяемое величиной тока КЗ и временем его отключения.

В соответствии с данными заводов-изготовителей для СПЭ кабелей _пр =250^оС. Для этих кабелей установлены допустимые односекундные токи КЗ, которые не должны превышать значений, приведенных в табл. 4.9.

Т а б л и ц а 4.9

При другой продолжительности КЗ допустимый ток термической стойкости определяется умножением тока I_кз1, приведенного в табл. 4.9 на поправочный коэффициент

k = ,

где t – продолжительность КЗ, с.

При невыполнении любого из технических требований, сечения жил КЛ, выбранные по нормированной экономической плотности тока, увеличиваются до значений, удовлетворяющих этим требованиям.