ЛЕКЦИЯ № 7

Выбор сечения проводов и жил кабелей.

Цель лекции:

· ознакомление с принципами расчёта сечений проводов по нагреву расчётным током,

· ознакомление с методикой выбора сечений жил кабелей по нагреву током короткого замыкания,

· определение сечений по потерям напряжения,

· определение сечений по экономическим соображениям.

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

Технические факторы:

1. нагрев от длительного выделения тепла рабочим током,

2. нагрев проводников токами короткого замыкания в аварийном режиме,

3. электродинамические усилия при протекании тока,

4. потери напряжения в линиях от проходящего по ним тока в нормальном и аварийном режимах,

5. механическая прочность,

6. коронирование.

Рис. 8.1 Определение экономически целесообразного сечения. 1, 2, 3 зависимости З=f(s) для различной стоимости электроэнергии

Выбор экономически целесообразного сечения по экономической плотности тока в зависимости от материала проводника и использования максимума нагрузки: , (8.1) где Ip - расчётный ток, Jэ – экономическая плотность тока, которая выбирается исходя из передаваемой мощности и длины линии.

Эта методика не в полной мере соответствует другим положениям об экономических соображениях при решении электротехнических вопросов, нуждающихся в экономической оценке. На самом деле, если рассмотреть условия передачи некоторой постоянной расчётной мощности при постоянной длине, то она может быть осуществлена при помощи КЛ, либо ВЛ разных сечений. При этом затраты будут явно изменяться и не может быть речи о каком-то постоянном целесообразном сечении.

Если учесть, что стоимость электроэнергии изменяется, то зависимости З=f(s) примут вид, как показано на рис. 8.1 (кривые 1, 2, 3). На этом же рисунке показана зависимость целесообразного сечения от цены s=f(c). Экономически целесообразное сечение, полученное по формуле (8.1) изображено прямой линией s_э. без особых пояснений видно, что существуют существенные различия между сечением, полученным по выражению (8.1) и реальных значениях s_э1 , s_э2 , s_э3. Поэтому приняты несколько методик расчёта сечения проводников, в зависимости от приоритета.

1. Выбор сечения проводников по нагреву расчётным током.

Проводники электрических сетей от проходящего по ним тока нагреваются по закону Джоуля-Ленца:

Q=0,24I²Rt (8.2)

Нарастание температуры происходит до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между теплом, выделяемом в проводнике, и отдачей в окружающую среду.

Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к уменьшению срока жизни изоляции, пожарной опасности. При перегреве с высокой температурой изоляция кабеля может оплавиться, что приведёт к необходимости замены всей кабельной линии, а в некоторых случаях может возникнуть взрыв (во взрывоопасной среде).

Длительно протекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наибольшая длительная температура нагрева, называется предельно допустимым током по нагреву.

Значения максимально допустимых токов определены из условия допустимого теплового износа материала изоляции, марки проводника, температуры окружающей среды, способа прокладки линии. В настоящее время существуют многочисленные справочные таблицы, по которым можно определить сечение проводника исходя из вышеперечисленных условий.

При расчёте сети по нагреву сначала выбирают марку проводника, условия прокладки, условия охлаждения.

Для выбора сечения проводника сравнивают расчётный максимальный I_р и допустимый токи I_д , при этом должно соблюдаться условие:

(8.3)

Значения допустимых длительных токовых нагрузок в справочной литературе, указаны, как правило, для нормальных условий охлаждения. Если условия охлаждения отличаются от нормальных, например, при прокладке нескольких кабелей в траншее, что приводит к повышению температуры кабеля при протекании тока по соседним кабелям, то вводится поправочный коэффициент, который можно найти в справочной литературе, например ПУЭ.

Токи нагрузки электроприёмников повторно-кратковременного режима работы нагревают проводники в меньшей степени, чем токи длительного режима, поэтому их следует пересчитать на условный приведённый длительный ток нагрузки. Тогда выбор проводника должен производиться по условию:

, (8.4)

где ПВ – продолжительность включения (лекция 1), I_ПВ – ток повторно-кратковременного режима.

Пересчёт производится только при ПВ≤0,4. Для сечения медных проводов выше 6 мм², и для алюминиевых – выше 10 мм² токовые нагрузки по нагреву принимают как для установки с длительным режимом работы.

Весьма распространённым видом анормального режима работы электроустановки являются перегрузки, сопровождаемые прохождением по проводникам повышенных токов, вызывающих их нагрев свыше допустимых значений.

От перегрузок необходимо защищать сети, выполненные внутри помещений открыто проложенными изолированными проводниками с горючей изоляцией, силовые сети, когда по условиям технологического процесса могут возникнуть длительные перегрузки и сети во взрывоопасной и горючей среде.

При выборе аппарата защиты необходимо соблюдать ряд требований, укажем их кратко:

1) Номинальный ток и напряжение аппарата должны соответствовать расчётному длительному току и напряжению цепи.

2) Время действия аппарата должно быть минимальным, с учётом селективности.

3) Аппараты защиты не должны отключать установку при перегрузках, возникающих в условиях эксплуатации, например при пусковых токах электродвигателей.

4) Аппараты защиты должны обеспечивать надёжное отключение повреждённого участка цепи при любых видах КЗ и режимах работы нейтрали.

Надёжное отключение токов КЗ в сети напряжением до 1 кВ обеспечивается в том случае, когда отношение наименьшего расчётного тока КЗ к номинальному току плавкой вставки, либо току срабатывания автоматического выключателя будет не менее трёх.

В зависимости от вида защиты наряду с проверкой по допустимому нагреву устанавливают определённые соотношения между токами защитных аппаратов и допустимым током провода. Сечение проводника, соответствующее длительно допустимому току нагрева следует сравнивать с током срабатывания аппарата защиты. В сетях, которые должны быть защищены от перегрузки, эти соотношения, зачастую являются определяющими для выбора сечения проводников.