Dobór przekroju kabla i przewodu: przez ogrzewanie, prąd, spadek napięcia

Przekrój przewodów i kabli określa się na podstawie dopuszczalnego nagrzewania z uwzględnieniem trybów normalnego i awaryjnego oraz nierównomiernego rozkładu prądów pomiędzy poszczególnymi przewodami, gdyż nagrzewanie zmienia właściwości fizyczne przewodu, zwiększa jego rezystancję, zwiększa bezużyteczne zużycie energii elektrycznej do ogrzewania części przewodzących i skraca żywotność izolacji. Nadmierne ciepło jest niebezpieczne dla izolacji i połączeń stykowych i może prowadzić do pożaru i wybuchu.

Dobór przewodu i przekroju przewodu grzejnego

Wybór przekroju z warunków dopuszczalnego nagrzewania ogranicza się do korzystania z odpowiednich tabel długoterminowych dopuszczalnych obciążeń prądowych Id, w których przewody są nagrzewane do maksymalnej dopuszczalnej temperatury ustalonej w praktyce, aby zapobiec przedwczesnemu zużycie izolacji, aby zapewnić niezawodny styk w punktach połączenia przewodu i wyeliminować różne sytuacje awaryjne, które występują przy Id ≥ Ip, Ip — znamionowy prąd obciążenia.

Przerywane obciążenia przerywane przy wyborze przekroju kabla są przeliczane na zredukowany prąd ciągły

gdzie Ipv jest prądem w stanie wyłączenia odbiornika wraz z czasem aktywacji PV.

Przy wyborze przekroju przewodów i kabli należy wziąć pod uwagę, że przy tej samej temperaturze ogrzewania dopuszczalna gęstość prądu przewodów przewodzących o większym przekroju powinna być mniejsza, ponieważ ich przekrój wzrasta do więcej - duży stopień wzrostu powierzchni chłodzącej (patrz ryc. 1). Z tego powodu, aby oszczędzić metale nieżelazne, zamiast jednego kabla o większym przekroju wybiera się często dwa lub więcej kabli o mniejszym przekroju.

Ryc. 1. Wykres zależności dopuszczalnej gęstości prądu od przekroju żył miedzianych w trójżyłowym kablu zewnętrznym dla napięcia 6 kV z izolacją z impregnowanego papieru, nagrzanego prądem do temperatury + 65 ° C przy temperatura powietrza +25°C.

W ostatecznym doborze przewodów i kabli ze stanu dopuszczalnego nagrzania zgodnie z odpowiednimi tabelami należy wziąć pod uwagę nie tylko szacowany prąd linii, ale także sposób jej ułożenia, materiał przewodów i temperatura otoczenia.

Linie kablowe na napięcia powyżej 1000 V, dobrane zgodnie z warunkami dopuszczalnego długotrwałego nagrzewania, są również sprawdzane pod kątem nagrzewania przez prądy zwarciowe. W przypadku, gdy temperatura żył miedzianych i aluminiowych kabli z impregnowaną izolacją papierową o napięciu do 10 kV przekracza 200°C, a kabli o napięciu 35-220 kV powyżej 125°C, ich przekrój odpowiednio wzrasta.

Przekrój przewodów i kabli wewnętrznych sieci elektroenergetycznych o napięciu do 1000 V jest skoordynowany z możliwościami łączeniowymi liniowych urządzeń zabezpieczających — bezpieczników i wyłączników — więc nierówność jest uzasadniona Azd / Azc h, gdzie kz — wielokrotność dopuszczalnego prądu długotrwałego przewodu do prądu znamionowego lub prądu urządzenia zabezpieczającego Azs (od PUE). Niespełnienie powyższej nierówności wymusza odpowiednie zwiększenie wybranego odcinka głównego.

Dobór przekroju kabli i przewodów pod kątem strat napięcia

Należy sprawdzić przekrój kabli i przewodów dobrany do warunków ogrzewania i zgodny z możliwościami łączeniowymi urządzeń ochronnych względnych liniowych strat napięcia.

gdzie U to napięcie źródła energii elektrycznej, Unom to napięcie w punkcie przyłączenia odbiornika.

Dopuszczalna odchyłka napięcia zacisków silnika od napięcia znamionowego nie powinna przekraczać ±5%, aw niektórych przypadkach może sięgać +10%.

W sieciach oświetleniowych spadek napięcia na najbardziej oddalonych lampach wewnętrznego oświetlenia roboczego i projektorowych instalacjach oświetlenia zewnętrznego nie powinien przekraczać 2,5% napięcia znamionowego lamp, na lampach oświetlenia zewnętrznego i awaryjnego — 5%, a w sieciach z napięcie 12.,. 42V — 10%. Większy spadek napięcia prowadzi do znacznego zmniejszenia oświetlenia stanowisk pracy, powoduje spadek wydajności pracy i może doprowadzić do warunków, w których zapłon lamp wyładowczych nie jest gwarantowany. Najwyższe napięcie lamp z reguły nie powinno przekraczać 105% wartości nominalnej.

Niedopuszczalny jest wzrost napięcia wewnętrznych sieci zasilających ponad przewidziany normami, gdyż prowadzi do znacznego wzrostu zużycia energii elektrycznej, skrócenia żywotności urządzeń zasilających i oświetleniowych sprzętu, a czasem do obniżenia jakości produktów.

Ryż. 2. Obliczanie strat napięcia w trójfazowej linii trójtorowej przy doborze przekroju kabli i przewodów: a-przy jednym obciążeniu na końcu linii, b-przy kilku obciążeniach rozłożonych.

Sprawdzając przekrój przewodów trójfazowej linii trójprzewodowej z jednym obciążeniem na końcu (ryc. 2, a), charakteryzującym się prądem znamionowym Azp i współczynnikiem mocy cos phi dla względnego liniowego spadku napięcia, wykonaj następująco:

gdzie Unom to napięcie znamionowe sieci, V, Ro i Xo to odpowiednio rezystancja czynna i indukcyjna jednego kilometra linii, wybrana z tabel referencyjnych, Ohm / km, Pp to obliczona moc czynna obciążenia , kW; L to długość linii, km.

Dla nierozgałęzionej głównej trójfazowej linii trójprzewodowej o stałym przekroju poprzecznym, przenoszącej obciążenia rozłożone wzdłuż niej z prądami znamionowymi Azstr1, AzR2, ..., Azr i odpowiadającymi im współczynnikami mocy cos phi1, cos phi2, ..., cos phi oddalone od źródła zasilania w odległościach L1, L2, …, Ln (rys. 2, b), względny liniowy spadek napięcia do najdalszego odbiornika:

gdzie PRi moc czynna — obliczone i-te obciążenie oddalone od źródła zasilania w odległości L.

Jeżeli obliczony względny spadek napięcia dU okaże się wyższy niż dopuszczalne normy, konieczne jest zwiększenie wybranej sekcji, aby zapewnić znormalizowaną wartość tej wartości.

Przy małych przekrojach przewodów i kabli rezystancję indukcyjną Xo można pominąć, co znacznie upraszcza odpowiednie obliczenia. w trójfazowych trójprzewodowych sieciach dystrybucyjnych oświetlenia zewnętrznego, które różnią się znaczną długością, należy zwrócić uwagę na prawidłowe włączenie opraw oświetleniowych w jednakowych odległościach, gdyż inaczej utrata napięcia są nierównomiernie rozłożone na fazy i mogą sięgać kilkudziesięciu procent w stosunku do napięcia znamionowego.

Schematy włączania równoodległych opraw oświetleniowych do oświetlenia zewnętrznego: a — poprawne, b — nieprawidłowe

Dobór przekroju kabla do ekonomicznej gęstości prądu

Dobór przekroju przewodów i kabli bez uwzględnienia czynników ekonomicznych może prowadzić do znacznych strat energii elektrycznej w liniach i znacznego wzrostu kosztów eksploatacji.Z tego powodu przekrój przewodów sieci elektrycznych z wewnętrznym zasilaniem o znacznych długościach, a także sieci pracujących z dużą liczbą godzin użytkowania maksymalnego obciążenia -Tmax > 4000 h - musi odpowiadać co najmniej za zalecana ekonomiczna gęstość prądu, która określa optymalny stosunek kosztów kapitałowych do kosztów operacyjnych, który jest zdefiniowany w następujący sposób:

gdzie Azr — prąd znamionowy linii, bez uwzględnienia przyrostu obciążenia w przypadku awarii i napraw, Jd — gęstość prądu ekonomicznego oparta na spłacie kosztów kapitałowych w ciągu 8 — 10 lat.

Oczekiwany przekrój ekonomiczny zaokrągla się do najbliższej normy i jeśli okaże się, że jest większy niż 150 mm2, jedna linia kablowa zostaje zastąpiona dwoma lub więcej kablami o łącznym przekroju odpowiadającym ekonomicznemu. Stosować kable o niskim obciążeniu zmiennym o przekroju mniejszym niż 50 mm2 Niezalecane.

Przekroje kabli i przewodów o napięciu do 1000 V o ilości godzin pracy przy maksymalnym obciążeniu Tmax <4000 … 5000 h oraz wszystkich odgałęzień do odbiorników tego samego napięcia, sieci elektrycznych instalacji oświetleniowych, konstrukcji tymczasowych a konstrukcje o krótkim okresie użytkowania do 3 — 5 lat nie są wybierane zgodnie z gęstością prądu ekonomicznego.

W sieciach trójfazowych czterociągowych nie oblicza się przekroju przewodu neutralnego, lecz przyjmuje się co najmniej 50% przekroju wybranego dla przewodów głównych, a w sieciach zasilających lampy wyładowcze, które powodują pojawienie się wyższych harmonicznych prądu, takich samych jak dla przewodów głównych.