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

Сечение проводов воздушных линий проверяют по допустимому нагреву в послеаварийных режиме, условиям короны, механической прочности.

Условие проверки по допустимому нагреву:

I_pmax ≤ I_доп, (8.5)

где I_рmах − наибольший расчетный ток из всех возможных режимов работы линии, для параллельно работающих линий в качестве расчетного тока I_рmах принимают ток послеаварийного режима из условия, что одна питающая линия вышла из строя; I_доп − допустимый длительный ток для одиночного провода или кабеля нужного сечения, выбираемый по справочным данным.

При выборе сечений кабельных линий нужно учитывать, что таблицы составлены для одиночных кабелей или проводов, проложенных в земле при температуре почвы 15 °С или в воздухе при температуре 25 °С. При условиях, отличных от указанных, необходимо вводить поправочные коэффициенты на температуру воздуха и почвы K₁ и на количество кабелей в траншее K₂.

Величина длительно допустимого тока

I^’_доп= K₁∙K₂∙ I_доп. (8.6)

При выборе сечений кабельных линий необходимо учитывать допустимые кратковременные перегрузки. Для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией, несущих нагрузки меньше номинальных, допустимы кратковременные перегрузки; на время ликвидации аварий для таких кабелей допускаются перегрузки в течение 5 суток.

Для кабелей с полиэтиленовой и полихлорвиниловой изоляцией перегрузка на время ликвидации аварий допустима соответственно до 10 и 15 %, при этом указанная перегрузка допускается на время максимумов нагрузки не более 6 часов в сутки в течение 5 суток, если в остальные периоды времени этих суток нагрузки не превышают номинальной. Перегрузка кабельных линий напряжением 20−30 кВ не допускается.

Условие выбора кабеля с учетом перегрузки:

I^’_доп ∙ K₃ = I_pmax, (8.7)

где K₃ − коэффициент, учитывающий возможную перегрузку кабеля.

Долгие годы в категории кабелей среднего напряжения, к которым относятся кабели напряжением 10 кВ, превалировали кабели с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ). Это связано с тем, что БПИ являлась единственным видом изоляции на данное напряжение. Наряду с этим шел интенсивный поиск изоляционного материала на основе полимерных композиций, который обладал бы значительными преимуществами и мог заменить БПИ. Такой материал был получен на основе полиэтилена и получил название сшитый полиэтилен. Сшитый полиэтилен имеет существенные преимущества перед термопластичным: высокие электрические и механические параметры в более широком диапазоне рабочих температур, малую гигроскопичность (водопроницаемость).

Указанные выше положительные качества сшитого полиэтилена достигаются благодаря процессу сшивки. Термин «сшивка» подразумевает изменение молекулярной структуры полиэтилена. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) призваны заменить морально устаревшие кабели с пропитанной бумажной изоляцией. Этот процесс в странах с развитой промышленностью начал осуществляться с 1960-х годов.

В настоящее время многие страны практически полностью перешли на использование силовых кабелей среднего напряжения с изоляцией из СПЭ и имеют положительный опыт эксплуатации. Так, в США и Канаде данные кабели занимают 85 % всего рынка силовых кабелей, Германии и Дании – 95 %, а в Японии, Франции, Финляндии и Швеции – 100 %.

В последнее время в Украине ведущие энергосистемы также ориентированы на использование кабелей среднего напряжения с изоляцией из СПЭ при прокладке новых кабельных линий и замене старых. Их же рекомендуется использовать в курсовом и дипломном проектах.

Переход на кабели с изоляцией из СПЭ взамен кабелей с БПИ обусловлен рядом неоспоримых преимуществ:

- более высокая надежность в эксплуатации;

- меньшие расходы на реконструкцию и содержание кабельных линий;

- низкие диэлектрические потери (коэффициент диэлектрических потерь 0,001 вместо 0,008);

- большая пропускная способность за счет увеличения допустимой температуры нагрева жил: длительный (90 ºС вместо 70 ºС), при перегрузке (130 ºС вместо 90 ºС);

- более высокий ток термической устойчивости при коротком замыкании (250 ºС вместо 200 ºС);

- низкая допустимая температура при прокладке без предварительного подогрева (−20 ºС вместо 0 ºС);

- низкое влагопоглощение;

- меньший вес, диаметр и радиус изгиба, что облегчает прокладку на сложных трассах;

- возможность прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней;

- более экологичный монтаж и эксплуатация (отсутствие свинца, масла, битума).

Маркировка кабелей из сшитого полиэтилена:

А − алюминиевая жила (без обозначения – медная жила);

Пв − изоляция из сшитого полиэтилена;

П − оболочка из полиэтилена;

Пу − оболочка из полиэтилена увеличенной толщины;

В − оболочка из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката;

Внг-LS − оболочка из ПВХ пластиката пониженной пожароопасности

(«LS» − Low Smoke – низкое дымо- и газовыделение);

r − продольная герметизация водоблокирующими лентами;

2r − двойная герметизация (водоблокирующими лентами и алюмополиэтиленовой лентой).

По условиям коронирования выбирают минимально допустимое сечение только для воздушных линий. Для жил кабелей самое малое стандартное сечение обеспечивает отсутствие коронирования.

Выбор сечений кабеля по механической прочности также не производится, так как стандартное минимальное сечение удовлетворяет этому условию. Для воздушных линий расчет сечения осуществляется с учетом воздействия собственной массы, силы ветра, гололеда.

При учебном проектировании проверка проводов по механической прочности производится приближенно, исходя из опыта проектирования существующих линий электропередач.