Длительно допустимый ток: критерии выбора сечений кабеля и причины нагрева, токовый расчёт и применение таблиц

Допустимый ток кабеля

Чтобы правильно провести проектирование электрической проводки, изучается длительно-допустимый ток кабеля. От правильности сделанных расчетов зависит уровень безопасности жилища. Чтобы разобраться в вопросе, стоит определиться с терминологией, проанализировать факты нагрева и свериться с таблицей расчета показателя отдельно для алюминиевых и медных проводов.

Что такое длительно-допустимый ток кабеля

Если взять стандартный кабель с хорошей проводимостью и подключить его в сеть, он не проведет высокий ток, поскольку есть связь с характеристиками. Так к большим агрегатам подключаются толстые провода, а для игрушечного моторчика хватит тоненькой жилы. Электроустановка может быть запитана при учете следующих параметров:

величина тока;
показатель сопротивления.

Проводник во время эксплуатации сталкивается с одной проблемой — это нагрев. Допустимый ток — это величина, при которой кабель способен выдерживать нагрузку длительное время. Когда правило не соблюдается, следуют последствия:

Важно! Также не стоит забывать про вероятность короткого замыкания.

Факторы нагрева

По ПУЭ длительно-допустимые токовые нагрузки кабелей не приводят к повышению температур. К основным причинам нагрева проводников относят следующее:

неправильный монтаж проводки;
неверный подбор кабеля;
не учтена подключаемая нагрузка.

Также стоит учитывать природу электрического тока. Когда оборудование подключится к сети, по нему быстро двигаются электроны. Вокруг образуется электрическое поле, поэтому процесс является контролируемым. В то же время на пути электронов стоит небольшая преграда — кристаллическая решетка металлов. Даже начинающие электрики догадаются, что она отличается высокой прочностью.

К сведению! Если посмотреть в микроскоп, молекулы расположены близко друг к другу. Когда частицы проходят соединения, наблюдается выделение тепла.

Какой максимальный и минимальный длительно-допустимый ток

Прежде чем устанавливать оборудование дома либо на работе, стоит узнать максимально-допустимый ток для медных проводов. Рассматривая варианты с резиновой изоляцией, показатель максимума доходит до 830 А. В случае использования медных жил показатель сокращается до 645 А. У некоторой продукции применяется металлическая защитная оболочка. По данной категории показатель равен 605 А.

Допустимая длительная токовая нагрузка вводного провода со свинцовой изоляцией 465 А. Когда электрик берет медный провод с оболочкой из полиэтилена, параметр увеличивается и равняемся 704 А.

Как правильно рассчитать

Допустимая нагрузка на кабель рассчитывается после определения сопротивления по формуле: R = Рот * L / S.

Если детально рассматривать каждый показатель, то сопротивление можно высчитать, если взять удельное сопротивление, умножить его на длину провода и разделить на сеченые. Общее сопротивление, естественно, измеряется в Омах. Удельное сопротивление вносится в формулу: Ом * мм ^ 2 / м. Длина проводников должна быть в метрах, а сечение в квадратных метрах.

Чтобы разобраться, лучше перейти к практике. Допустим, к компрессору надо подключить провод, на столе имеется только алюминиевая заготовка. Параметры:

Для расчета сопротивления 0,028 умножают на 100 и делят на 10, выходит 0,18 Ом. Далее остается узнать коэффициент потери напряжения. Для этого применяется формула: Duo = I * R.

Обратите внимание! Потерю напряжения получится найти, если перемножить ток на сопротивление.

Таблицы допустимых токов

Таблица токовых нагрузок для разных типов кабелей отображена ниже. В первую очередь стоит взглянуть на распространённые варианты с медными жилами, которые используются с резиновой изоляцией.

В случае с алюминиевыми жилами данные несколько ниже, хотя используется все та же резиновая изоляция.

В строительной сфере активно применяются гибкие кабели с резиновой изоляцией. Данные о длительном допустимом токе отображены в таблице.

Если рассматривается электрифицированный транспорт, применяются только провода с медными жилами. Показатель тока зависит от сечения.

В земле принято прокладывать кабеля с бумажной изоляцией. У них очень высокий показатель допустимого тока, данные видны ниже.

Бумажная изоляция также встречается у проводов, которые прокладываются в воздухе. Показатель предельного тока несколько ниже. Подобранные данные занесены в таблицу.

В земляных траншеях алюминиевый кабель готов к серьёзным нагрузкам. Параметр допустимого тока отображен в таблице.

Если взять тот же алюминиевый кабель и повесить в воздухе, ожидаемый параметр допустимого тока снижается.

Пластмассовая изоляция делает продукцию доступной, но не стоит надеяться на большие параметры сопротивления.

Если в пластиковую изоляцию поместить алюминиевые жилы, то предельный ток максимум составит 515 А.

При напряжении 6 кВ вышеуказанный алюминиевый провод не готов к большим нагрузкам.

Выше рассмотрены таблицы предельно допустимых токов по нагреву кабеля и формулы расчета. Приведены варианты с разными жилами и изоляцией. По этим данным легко вычислить искомое, чтобы не допустить КЗ.

Выбор сечения кабеля и провода: по нагреву, по току, по потере напряжения

Выбор сечения кабеля и провода по нагреву

Выбор сечения из условий допустимого нагрева сводится к пользованию соответствующими таблицами длительно допустимых токовых нагрузок Iд при которых токопроводящи е жилы нагреваются до предельно допустимой температуры, установленной практикой так, чтобы предупредить преждевременный износ изоляции, гарантировать надежный контакт в местах соединения проводников и устранить различные аварийные ситуации, что наблюдается при Iд ≥ Ip, Ip – расчетный ток нагрузки.

Периодические нагрузки повторно-кратковременного режима при выборе сечения кабеля пересчитывают на приведенный длительный ток

где Iпв – ток повторно-кратковременного режима приемника с продолжительностью включения ПВ.

При выборе сечения проводов и кабелей следует иметь в виду, что при одинаковой температуре нагрева допустимая плотность тока токопроводящих жил большего сечения должна быть меньше, так как увеличение сечения их происходит в большей степени, чем растет охлаждающая поверхность ( смотрите рис. 1). По этой причине часто с целью экономии цветных металлов вместо одного кабеля большего сечения выбирают два или несколько кабелей меньшего сечения.

Рис 1. График зависимости допустимой плотности тока от сечения медных жил открыто проложенного трехжильного кабеля на напряжение 6 кВ с бумажной пропитанной изоляцией, нагретых током до температуры +65°С при температуре воздуха +25 “С.

При окончательном выборе селения проводов и кабелей из условия допустимого нагрева по соответствующим таблицам необходимо учитывать не только расчетный ток линии, но и способ прокладки ее, материал проводников и температуру окружающей среды.

Кабельные линии на напряжение выше 1000 В, выбранные по условиям допустимого нагрева длительным током, проверяют еще на нагрев токами короткого замыкания. В случае превышения температуры медных и алюминиевых жил кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напряжением до 10 кВ свыше 200 °С, а кабелей на напряжения 35 – 220 кВ свыше 125 °С сечение их соответственно увеличивают.

Сечение жил проводов и кабелей сетей внутреннего электроснабжения напряжением до 1000 В согласуют с коммутационными возможностями аппаратов защиты линий – плавких предохранителей и автоматических выключателей – так, чтобы оправдывалось неравенство I д / I з з, где k з – кратность допустимого длительного тока проводника по отношению к номинальному току или току срабатывания аппарата защиты I з (из ПУЭ). Несоблюдение приведенного неравенства вынуждает выбранное сечение жил соответственно увеличить.

Выбор сечения кабелей и проводов по потере напряжения

Сечение кабелей и проводов, выбранное из условий нагрева и согласованное о коммутационными возможностями аппаратов защиты, нужно проверять на относительную линейную потерю напряжения .

где U — напряжение источника электрической энергии, Uном – напряжение в месте присоединения приемника.

Допустимое отклонение напряжения на зажимах двигателей от номинального не должно превышать ±5 %, а в отдельных случаях оно может достигать +10 %.

В осветительных сетях снижение напряжения у наиболее удаленных ламп внутреннего рабочего освещения и прожекторных установок наружного освещения не должно превышать 2,5 % номинального напряжения ламп, у ламп наружного и аварийного освещения — 5 %, а в сетях напряжением 12. 42 В — 10 %. Большее снижение напряжения приводит к существенному уменьшению освещенности рабочих мест, вызывает снижение производительности труда и может привести к условиям, при которых зажигание газоразрядных ламп не гарантировано. Наибольшее напряжение на лампах, как правило, не должно превышать 105 % его номинального значения.

Повышение напряжения сетей внутреннего электроснабжения выше предусмотренного нормами не допустимо, так как оно приводит к существенному увеличению расхода электрической энергии, сокращению срока службы силового и осветительного электрооборудования, а иногда к снижению качества выпускаемой продукции.

Рис. 2. Расчет потери напряжения в трехфазной трехпроходной линии при выборе сечения кабелей и проводов: а – с одной нагрузкой на конце линии, б – с несколькими рапределенными нагрузками.

Проверку сечения проводников трехфазной трехпроводной линии с одной нагрузкой в конце ее (рис. 2, а), характеризуемой расчетным током I p и коэффициентом мощности cos фи на относительную линейную потерю напряжения, выполняют так:

где Uном — номинальное линейное напряжение сети, В, Ro и Хо — соответственно активное и индуктивное сопротивление одного километра линии, выбираемое из справочных таблиц, Ом / км, P р — расчетная активная мощность нагрузки, кВт, L — длина линии, км.

Для неразветвленной магистральной трехфазной трехпроводной линии постоянного сечения, несущей распределенные вдоль нее нагрузки с расчетными токами I p 1 , I р 2 , . I р и соответствующими коэффициентами мощности cos фи1, cos фи2, . cos фи, удаленными от источника питания на расстояния L1, L2, . Ln (рис. 2, б), относительная линейная потеря напряжения до наиболее удаленного приемника:

где P р i активная мощность — расчетная i -й нагрузки, удаленной от источника питания на расстояние L.

Если расчетная относительная потеря напряжения d U получится выше допустимой нормами, приходится выбранное сечение увеличить с тем, чтобы обеспечить нормируемое значение этой величины.

При небольших сечениях проводов и кабелей индуктивным сопротивлением Хо можно пренебречь, что существенно упрощает соответствующие вычисления. в трехфазных трехпроводных распределительных сетях наружного освещения отличающихся значительной протяженностью, следует обращать внимание на правильное включение равноудаленных светильников, ибо в противном случае потери напряжения распределяются по фазам неравномерно и могут достигнуть нескольких десятков процентов по отношению к номинальному напряжению.

Выбор сечения кабеля по экономической плотности тока

Выбор сечения проводов и кабелей без учета экономических факторов может привести к значительным потерям электрической энергии в линиях и существенному возрастанию эксплуатационных расходов. По этой причине сечение проводников электрических сетей внутреннего электроснабжения значительной протяженности, а также сетей, работающих с большим числом часов использования максимума нагрузки – Tmax > 4000 ч – должно быть не менее отвечающего рекомендованной экономической плотности тока , устанавливающей оптимальное соотношение между капитальными затратами и эксплуатационными расходами, которое определяют так:

где I р — расчетный ток линии без учета повышения нагрузки при авариях и ремонтах, J э — экономическая плотность тока из расчета окупаемости капитальных затрат в течение 8 – 10 лет.

Расчетное экономическое сечение округляют до ближайшего стандартного и, если оно окажется свыше 150 мм2, одну кабельную линию заменяют двумя или несколькими кабелями с суммарным сечением, соответствующим экономическому. Применять кабели с малоизменяющейся нагрузкой сечением менее 50 мм 2 не рекомендуется.

Сечение кабелей и проводов напряжением до 1000 В при числе часов использования максимума нагрузки Tmax

В трехфазных четырехпроходных сетях сечение нейтрального провода не рассчитывают, а принимают не менее 50% от сечения, выбранного для главных проводов, а в сетях, питающих газоразрядные лампы, вызывающие появление высших гармоник тока, такое же, как и главных проводов.

Токовая нагрузка по сечению кабеля

При протекании электрического тока через проводник длительный период времени происходит нагрев проводника. Это связано с его электрическим сопротивлением движению заряженных частиц. Величина тока, при которой температура проводника максимальна и остаётся стабильной, зависит от сечения токоведущей жилы. Эта токовая нагрузка по сечению кабеля. Она зависит также от температуры внешней среды, методов прокладки и режима эксплуатации проводов и кабелей.

Основные понятия

Электрический ток, продвигая электроны через кристаллическую решётку металла, совершает работу, которая превращает электричество в тепло. Это выгодно, когда тепло используется для нагрева или освещения. Совсем нежелательно, когда оно вызывает перегрев проводов или кабелей, разрушение изоляции и возгорание. Чтобы подобного избежать, необходимо производить подбор проводников на выдерживание длительных токовых нагрузок. При этом рассматривают два основных фактора:

Внимание! Нагрев проводника может быть связан с плохим контактом в местах присоединений или с окислением в точках, где скручены вместе алюминиевые и медные провода. Такое происходит даже при правильном подборе сечения.

Сечение провода

Выбор сечения токопроводящей жилы рассматривают по двум характеристикам:

нагрев в допустимых пределах;
потеря напряжения.

Нагревание проводников критично для подземных и помещённых в шланговые или трубчатые футляры кабельных линий. Для воздушных линий электропередач (ЛЭП) серьёзное значение имеет потеря напряжения. На комбинированных участках из двух рассчитанных сечений выбирается большее с округлением до стандартной величины.

Важно! При выборе сечения из таблицы или расчётах по формулам необходимо предварительно определиться с условиями эксплуатации.

Чтобы рассчитать допустимый нагрев, необходимо ориентироваться на длительную допустимую температуру. Её значение зависит от допустимой силы тока Iд. Полученный в результате вычислений расчётный ток Iр не должен соответствовать Iд и ни в коем случае не превышать его. Выбирая сечение, пользуются следующей формулой для расчётного тока:

где:

Pн – номинальная мощность оборудования, Вт;
Uн – номинальное напряжение, В.

Формула справедлива для токов, проходящих через проводник, когда температура уже установилась, и внешние температурные факторы на неё не оказывают влияния. Длительно допустимый ток зависит от: сечения, материала проводника, изоляции и способа прокладки кабеля.

Формула для проверки падения напряжения на линии выглядит так:

∆U = (U – Uном) *100/ Uном,

где:

U – напряжения источника;
Uном – напряжение в точке подключения приёмника.

Максимальное отклонение должно составлять не более 10%.

Плотность тока

Это физическая величина, имеющая векторный характер. Обозначается буквой J и имеет формулу для расчета в виде:

где:

I – ток, А;
S – площадь поперечного сечения, мм2.

Иными словами, плотность тока – это количество тока проходящего через сечение проводника за единицу времени. Единица измерения – ампер на мм квадратный (А/мм2).

Для чего нужен расчет сечения кабеля

К выбору сечения нужно подходить со всей ответственностью. Чтобы знать, кабель 3х4 сколько выдерживает киловатт, надо уметь расшифровать цифры. Такая маркировка обозначает то, что в кабель имеет три жилы, с сечением по 4 мм2. Далее уже можно смотреть по таблице напряжения и мощности для выбора сечения.

Правильно подобранное сечение кабеля позволит смонтированным сетям не перегреваться, выдерживать даже кратковременные нагрузки, в 2-3 раза превышающие номинальную величину. Это создаёт определённый запас по току в случае увеличения количества и мощности включённых в сеть потребителей. Нагруженный по максимуму провод не будет нагреваться и создавать опасность самовозгорания, повлекшую за собой пожар на объекте.

В квартире при скрытой проводке обнаружить точное место повреждения сложно, требуется замена всего участка с выполнением штробы и последующего ремонта помещения.

Выбор по мощности

Нельзя просто так ответить на вопрос: «2 5 квадрата – сколько киловатт можно прицепить?». На сечение влияет диаметр жил кабеля, квт – это мощность потребителя.

Для каждого помещения нужно подсчитать общее количество приборов, которые будут присоединяться к точке подключения. Таким образом, определяются с суммарной нагрузкой.

К примеру, на кухне будут установлены электроприборы, имеющие мощность:

электроплита – 5 кВт;
холодильник – 0,8 кВт;
посудомоечная машина – 2 кВт;
микроволновая печь – 1,5 кВт;
вытяжка – 0,5 кВт;
электрочайник – 2 кВт.

Это подразумевает монтаж, как минимум, двух розеток и подвод общего провода, рассчитанного на суммарную мощность 11,8 кВт, плюс 30% запаса для непредвиденных включений. Это могут быть пылесос, светильник и т.д.

Зная суммарную мощность Pсумм = 11,8 кВт (11800 Вт) и напряжение в сети U = 220 В, пользуясь формулой мощности, находят предполагаемый потребляемый ток в амперах (А).

I = P/U = 11800/220 = 53,6 А.

При одновременном включении приборы будут потреблять такой ток. Выбирая сечение подводящего проводника, к этому значению нужно добавить 30%. На практике не используют ГОСТ, а применяют «метод 5 А», просто прибавляя 5 А, не вычисляя проценты. Одновременное включение бытовых приборов редкий случай, поэтому запас по току в 5 А – вполне достаточная прибавка.

После расчета тока необходимо определиться с материалом токоведущих жил.

Информация. Алюминий дешевле меди, но для работы с одним и тем же током площадь поперечного сечения алюминиевых жил должна быть больше. Плотность тока у алюминия – 8 А/мм2, у меди – 10 А/мм2.

Далее нужное сечение выбирают по таблице, определив значение тока и материал, из которого выполнены токопроводящие жилы.

Как рассчитать по току

Таблица токов, в которой можно найти тип бытового прибора, его приблизительные значения мощности, также указывает и интервал возможного потребляемого тока.

Потребляемые мощность и ток электроприборами

Название электроприбора	Мощность, кВт	Величина тока, А
Стиральная машина	2 – 2,5	9,0 – 11,4
Электроплита	4,5 – 8,5	20,5 – 38,6
Микроволновая печь	0,9 – 1,3	4,1 – 5,9
Холодильник, морозильник	0,2 – 0,8	0,9 – 3,6
Электрочайник	1,8 – 2,0	8,4 – 9,0
Утюг	0,9 – 1,7	4,1 – 7,7
Пылесос	0,7 – 1,4	3,1 – 6,4
Телевизор	0,12 – 0,18	0,6 – 0,8
Осветительные приборы	0,02 – 0,150	0,1 – 0,6

Если под рукой нет таблицы, но известен потребляемый ток, то вычислить сечение можно в два этапа, используя формулы:

Находят сопротивление материала при данном значении тока. Это можно сделать из формулы Закона Ома I = U/R. Выразив отсюда R, получают R = U/I.
Вычисляют площадь сечения, используя значение удельного сопротивления для конкретного материала. Применяют формулу:

где:

ρ – удельное сопротивление;
L – длина проводника;
S – площадь сечения.

Преобразовав формулу, получают:

Удельное сопротивление для меди ρ = 1,68*10-8 Ом*м, для алюминия – 2,82*10-8 Ом*м.

Расчет сечения кабеля по мощности и длине

Можно подобрать сечение при определении нагрузки на кабель, зная только потребляемую мощность и длину. Расчёт производится в следующем порядке:

вычисляют силу тока I = P/U, (A);
находят сопротивление R = U/I, (Ом).

Далее, зная длину кабеля и удельное сопротивление материала, определяют площадь сечения S = (ρ*L)/R, (мм2).

Длительно допустимые токи

Какой ток считается длительно допустимым? Ясно, что для разных кабелей или проводников он будет различным. Для кабельной продукции существует рабочая длительная температура Тдд, указанная в документации. При такой температуре токопроводящие жилы могут находиться постоянно без вреда для своих характеристик.

Формула, связывающая длительно допустимый ток Iдд с Тдд, имеет вид:

где:

Ктп – коэффициент теплопередачи;
R – сопротивление;
S – сечение жилы.

Для практического применения подходят таблицы из Правил Устройств Электроустановок (ПУЭ).

В таблице нагрузки представлена линейка допустимых токов.

Открытая и закрытая прокладка проводов

Существует два варианта монтажа комнатной проводки:

открытая прокладка;
скрытая проводка.

Названия говорят сами за себя. Провода или кабели прокладываются вдоль стен, по их поверхности. Обычно они защищены кабель каналами или гофрированными шлангами. Крепление осуществляется при помощи специальной арматуры. Такой тип монтажа пригоден для производственных помещений, сараев, гаражей и других зданий, где дизайн не играет особой роли. Провод наружной установки должен выдержать атмосферные воздействия, если он не уложен в трубы или шланги.

Внимание! Минимальные сечения проводов одинаковы для обоих типов прокладки: 1 мм2 – для меди и 2,5 мм2 – для алюминия.

Распределительные коробки, выключатели и розетки устанавливаются на специальные изолирующие прокладки и имеют конструкцию для наружной установки.

Скрытая прокладка проводов подразумевает штробление стен под провод и остальную арматуру. Розетки, выключатели и распределительные коробки конструктивно предназначены для внутренней установки. Они утапливаются в стену до фасадной части. Наружные части имеют эстетический вид. Такая проводка скрыта под штукатуркой и обоями.

Общепринятые сечения для проводки в квартире

В квартирах допустимо применение кабелей только с медной жилой. Сечение жил измеряется в «квадратах». Один «квадрат» медной жилы проводит до 10 А. Для проводки в доме допустимо брать 2,5 мм2 для розеток и 1,5 мм2 для лампочек.

Выбор сечения провода по количеству потребителей

Рассчитывая сечение питающего кабеля для квартиры, необходимо нарисовать схему. На чертёж нанести всех потребителей электроэнергии, для каждой комнаты. Количество электроприёмников, включенных в отдельную цепь, будет составлять общее число только для этой цепи. Суммарная мощность всех потребителей – главный критерий при выборе сечения вводного кабеля. Далее сечение будет уменьшаться по мере разветвления от общих цепей к отдельным ветвям схемы.

Токовые нагрузки в сетях с постоянным током

Для определения токовых нагрузок в сетях с постоянным током берут во внимание одножильные провода. На какие нагрузки рассчитан провод, питающий лампочку 0,05 квт в фаре автомобиля? Питание бортовой сети осуществляет аккумуляторная батарея. Напряжение постоянного тока – 12 В. Ток, протекающий через провод от аккумулятора к фаре, будет равен:

I = P/U = 50/12 = 4,15 А.

Отсюда определяют сопротивление:

R = U/I = 12/4,15 = 2,9 Ом.

Зная удельное сопротивление меди и, приняв за максимальную длину провода L = 2 м, подставляют всё известное в формулу.

Это значит, что медный проводник должен иметь сечение:

S = (ρ*L)/R = (1,68*10-8*2)/2,9 = 1,9 мм2.

В ПУЭ есть множество таблиц, по которым можно определить токовую нагрузку однофазных и трёхфазных цепей переменного тока. Не обязательно производить математические вычисления. Достаточно оперировать известными параметрами и правильно определить сечение провода или кабеля.

Видео

Выбор сечения кабеля по допустимому току (нагреву)

Цель работы

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 l_з. Тяговая подстанция ТП2 питается от понижающей подстанции ПП2 по одной воздушной линии l_в. 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

Вариант	Номинальное напряжение сети U_н, кВ	Тяговая подстанция ТП1	Тяговая подстанция ТП2	Длина кабельной линии в земле l_з, км	Длина воздушной кабельной линии l_в, км	Продолжительность использования максимума нагрузки Т_м, ч/год
Количество трансформаторов n₁, шт	Полная номинальная мощность трансформатора S_н1, кВА	Коэффициент мощности соsφ₁	Количество трансформаторов n₂, шт	Полная номинальная мощность трансформатора S_н2, кВА	Коэффициент мощности соsφ₂
0,970	0,990	3000-5000
0,975	0,985	9,5
0,980	0,980	1,5
0,985	0,975	8,5
0,990	0,970	2,5
0,970	0,990	7,5
0,975	0,985	3,5
0,980	0,980	6,5
0,985	0,975	4,5
0,990	0,970	5,5

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 I_р, А, с длительно допустимыми токами нагрузки I_доп, А, для стандартных сечений с учётом марки кабеля и температурных условий

(1)

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

К_П – 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) I_р, А, определяется по формуле

(2)

где S_р – расчётная полная мощность приёмника, кВА;

U_н – номинальное напряжение сети, кВ.

Расчётная полная мощность приёмника S_р, кВА, определяется по формуле

(3)

где S_н_n – 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 2	Допустимые длительные токовые нагрузки для трёхжильных кабелей, прокладываемых в земле, А, при марке кабеля
С резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой оболочке	С бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке
медные жилы	алюминиевые жилы	медные жилы	алюминиевые жилы
3 кВ	6 кВ	10 кВ	3 кВ	6 кВ	10 кВ	3 кВ	6 кВ	10 кВ	3 кВ	6 кВ	10 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 2	Сечение (алюминий/ сталь), мм 2	Допустимые 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 температура	Допустимые температуры нагрева для проводов и кабелей, 0 С, при марке
С резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой оболочке	С бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке	Голые провода
3 кВ	6 кВ	10 кВ	20 и 35 кВ
жилы	+65	+80	+65	+60	+50	+70
земли	+15	+15	+15	+15	+15	–
воздуха	+25	+25	+25	+25	+25	+25

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 С	Нормированная температура жил, 0 С	Поправочные коэффициенты при расчётной температуре среды 0 С
-5 и ниже	+5	+10	+15	+20	+25	+30	+35	+40	+45	+50
1,14	1,11	1,08	1,04	1,00	0,96	0,92	0,88	0,83	0,78	0,73	0,68
1,18	1,14	1,10	1,05	1,00	0,95	0,89	0,84	0,77	0,71	0,63	0,55
1,20	1,15	1,12	1,06	1,00	0,94	0,88	0,82	0,75	0,67	0,75	0,47
1,22	1,17	1,12	1,07	1,00	0,93	0,86	0,79	0,71	0,61	0,50	0,36
1,25	1,20	1,14	1,07	1,00	0,93	0,84	0,76	0,66	0,54	0,37	–
1,24	1,20	1,17	1,13	1,09	1,04	1,00	0,95	0,90	0,85	0,80	0,74
1,29	1,24	1,20	1,15	1,11	1,05	1,00	0,94	0,88	0,81	0,74	0,67
1,32	1,27	1,22	1,17	1,12	1,06	1,00	0,94	0,87	0,79	0,71	0,61
1,36	1,31	1,25	1,20	1,13	1,07	1,00	0,93	0,85	0,76	0,66	0,54
1,41	1,35	1,29	1,23	1,15	1,08	1,00	0,91	0,82	0,71	0,58	0,41
1,48	1,41	1,34	1,26	1,18	1,09	1,00	0,89	0,78	0,63	0,45	–

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, мм	Поправочные коэффициенты при количестве кабелей
1,00	0,90	0,85	0,80	0,78	0,75
1,00	0,92	0,87	0,84	0,82	0,81
1,00	0,93	0,90	0,87	0,86	0,85

Пример выполнения расчёта

Исходные данные для расчёта:

– номинальное напряжение сети U_н = 10 кВ;

– количество трансформаторов ТП1 n₁ = 2 шт;

– полная номинальная мощность трансформаторов ТП1 S_н1 = 1000 кВА;

– коэффициент мощности ТП1 соsφ₁ = 0,900;

– количество трансформаторов ТП2 n₂ = 2 шт;

– полная номинальная мощность трансформаторовТП2 S_н2 = 400 кВА;

– коэффициент мощностиТП2 соsφ₂ = 0,900;

– длина кабельной линии в земле l_з = 5 км;

– длина воздушной кабельной линии l_в = 6 км;

– продолжительность использования максимума нагрузки Т_м = 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, I_доп = 140 А.

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

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

При количестве работающих кабелей, проложенных рядом в земле, равном 2 и расстоянием между кабелями 100 мм, поправочный коэффициент на прокладку К_П = 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, I_доп = 84 А.

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

Длительно допустимый ток нагрузки с учётом коэффициентов

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

Практическая работа №2

Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; Нарушение авторского права страницы

Пример выбора сечения кабеля на напряжение 10 кВ

Требуется выбрать сечение кабеля на напряжение 10 кВ для питания трансформаторной подстанции 2ТП-3 мощностью 2х1000 кВА для питания склада слябов на металлургическом комбинате в г. Выкса Нижегородская область. Схема электроснабжения представлена на рис.1. Длина кабельной линии от ячейки №12 составляет 800 м и от ячейки №24 составляет 650 м. Кабели будут, прокладываться в земле в трубах.

Таблица расчета электрических нагрузок по 2ТП-3

Наименование присоединения	Нагрузка			Коэффициент мощности cos φ
Наименование присоединения	Активная, кВт	Реактивная, квар	Полная, кВА	Коэффициент мощности cos φ
2ТП-3 (2х1000 кВА)	955	590	1123	0,85

Трехфазный ток КЗ в максимальном режиме на шинах РУ-10 кВ составляет 8,8 кА. Время действия защиты с учетом полного отключения выключателя равно 0,345 сек. Подключение кабельной линии к РУ осуществляется через вакуумный выключатель типа VD4 (фирмы Siemens).

Рис.1 –Схема электроснабжения 10 кВ

Сечение кабельной линии на напряжение 6(10) кВ выбирают по нагреву расчетным током, проверяют по термической стойкости к токам КЗ, потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах.

Выбираем кабель марки ААБлУ-10кВ, 10 кВ, трехжильный.

1. Определяем расчетный ток в нормальном режиме (оба трансформатора включены).

где:
n – количество кабелей к присоединению;

2. Определяем расчетный ток в послеаварийном режиме, с учетом, что один трансформатор отключен:

3. Определяем экономическое сечение, согласно ПУЭ раздел 1.3.25. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается:

Jэк =1,2 – нормированное значение экономической плотности тока (А/мм2) выбираем по ПУЭ таблица 1.3.36, с учетом что время использования максимальной нагрузки Тmax=6000 ч.

Сечение округляем до ближайшего стандартного 35 мм2.

Длительно допустимый ток для кабеля сечением 3х35мм2 по ПУЭ,7 изд. таблица 1.3.16 составляет Iд.т=115А > Iрасч.ав=64,9 А.

4. Определяем фактически допустимый ток, при этом должно выполняться условие Iф>Iрасч.ав.:

Коэффициент k1, учитывающий температуру среды отличающуюся от расчетной, выбираем по таблице 2.9 [Л1. с 55] и таблице 1.3.3 ПУЭ. Учитывая, что кабель будет прокладываться в трубах в земле. По таблице 2-9 температура среды по нормам составляет +25 °С. Температура жил кабеля составляет +65°С, в соответствии с ПУЭ, изд.7 пункт 1.3.12.

Определяем по СНиПу 23-01-99 таблица 3, фактическую температуру среды, где будет прокладываться кабель, в моем случае г. Выкса. Средняя годовая температура составляет — +3,8°С.

По ПУЭ таблица 1.3.3 выбираем коэффициент k1 = 1,22.

Коэффициент k2 – учитывающий удельное сопротивление почвы (с учетом геологических изысканий), выбирается по ПУЭ 7 изд. таблица 1.3.23. В моем случае поправочный коэффициент для нормальной почвы с удельным сопротивлением 120 К/Вт составит k2=1.

Определяем коэффициент k3 по ПУЭ таблица 1.3.26 учитывающий снижение токовой нагрузки при числе работающих кабелей в одной траншее (в трубах или без труб), с учетом, что в одной траншее прокладывается один кабель. Принимаем k3 = 1.

Определив все коэффициенты, определяем фактически допустимый ток:

5. Проверяем кабель ААБлУ-10кВ сечением 3х35мм2 по термической устойчивости согласно ПУЭ пункт 1.4.17.

Iк.з. = 8800 А — трехфазный ток КЗ в максимальном режиме на шинах РУ-10 кВ;
tл = tз + tо.в =0,3 + 0,045 с = 0,345 с — время действия защиты с учетом полного отключения выключателя;
tз = 0,3 с – наибольшее время действия защиты, в данном примере наибольшее время срабатывания защиты это в максимально-токовой защиты;
tо.в = 45мс или 0,045 с — полное время отключения вакуумного выключателя типа VD4;
С = 95 — термический коэффициент при номинальных условиях, определяемый по табл. 2-8, для кабелей с алюминиевыми жилами.

Сечение округляем до ближайшего стандартного 70 мм2.

6. Проверяем кабель на потери напряжения:

6.1 В нормальном режиме:

где:
r и x — значения активных и реактивных сопротивлений определяем по таблице 2-5 [Л1.с 48].

Для кабеля с алюминиевыми жилами сечением 3х70мм2 активное сопротивление r = 0,447 Ом/км, реактивное сопротивление х = 0,086 Ом/км.

Определяем sinφ, зная cosφ. Вспоминаем школьный курс геометрии.

Если Вам не известен cosφ, можно определить для различных электроприемников по справочным материалам табл. 1.6-1.8 [Л3, с 13-20].

6.2 В послеаварийном режиме:

Из расчетов видно, что потери напряжения в линии незначительные, следовательно, напряжение у потребителей практически не будет отличаться от номинального.

Таким образом, при указанных исходных данных выбран кабель ААБлУ-10 3х70.

Для удобства выполнения выбора кабеля всю литературу, которую я использовал в данном примере, Вы сможете скачать в архиве.

1. Проектирование кабельных сетей и проводок. Хромченко Г.Е. 1980 г.
2. СНиП 23-01-99 Строительная климатология. 2003 г.
3. Расчет и проектирование систем электроснабжения объектов и установок. Кабышев А.В, Обухов С.Г. 2006 г.
4. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.

Поделиться в социальных сетях

Если вы нашли ответ на свой вопрос и у вас есть желание отблагодарить автора статьи за его труд, можете воспользоваться платформой для перевода средств «WebMoney Funding» .

Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.

Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.

Основное назначение токоограничивающих реакторов это снижение токов короткого замыкания за.

Представляю вашему вниманию таблицу с расчетными формулами, которые используются при расчете потерь.

В данной статье будет рассматриваться пример выбора контакторов для схемы управления 3-х фазным.

В данной статье будет рассматриваться расчет объема маслоприемника без отвода масла для.

Для правильного выбора трансформаторов тока (ТТ) для расчетных счетчиков, нам нужно правильно выбрать.

В п.5. минимальное сечение по термической устойчивости получается 530, а не 53.

Здравствуйте! Спасибо, что указали на ошибку, там была опечатка с корнем, нужно было брать корень только из tл и разделить на коефф. С. Уже исправили, получилось Smin=54,4 мм2.

спасибо ваш пример мне очень помог.

А как вы нашли ток кз 8,8 кА?

Здравствуйте! Был предоставлен заказчиком.

А его как то просчитать можно этот ток?) Если нет данных от заказчика?

Здравствуйте! Да, можно. Вот статья:»Пример расчета токов короткого замыкания в сети 6 кВ». Можете еще литературу посмотреть:
1. Как рассчитать ток короткого замыкания. Е. Н. Беляев. 1983г.
2. Расчет токов короткого замыкания в электросетях 0,4-35 кВ, Голубев М.Л. 1980 г.
3. Расчет токов короткого замыкания для релейной защиты. И.Л.Небрат. 1998 г. (Советую начать с Небрата)

2 трансформатора по 1000кВа = 2000кВа, как получается полная мощность 1123кВа

Здравствуйте! Каждый трансформатор фактически загружен на 561,5 кВА.

Пункт 5. Время tз — это время именно МТЗ?А если есть ТО с выдержкой времени, то какое tз брать?

Здравствуйте! tз — это наибольшее время срабатывания защиты, в данном примере наибольшим временем срабатывания является МТЗ. Берете наибольшее время срабатывание защиты.

Отправляя сообщение, Вы разрешаете сбор и обработку персональных данных.
Политика конфиденциальности.

Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

Если электрический ток будет протекать по проводнику в течение длительного времени, в этом случае установится определенная стабильная температура данного проводника, при условии неизменной внешней среды. Величины токов, при которых температура достигает максимального значения, в электротехнике известны как длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. Данные величины соответствуют определенным маркам проводов и кабелей. Они зависят от изоляционного материала, внешних факторов и способов прокладки. Большое значение имеет материал и сечение кабельно-проводниковой продукции, а также режим и условия эксплуатации.

Причины нагрева кабеля

Причины повышения температуры проводников тесно связаны с самой природой электрического тока. Всем известно, что по проводнику под действием электрического поля упорядоченно перемещаются заряженные частицы – электроны. Однако для кристаллической решетки металлов характерны высокие внутренние молекулярные связи, которые электроны вынуждены преодолевать в процессе движения. Это приводит к высвобождению большого количества теплоты, то есть, электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Данное явление похоже на выделение теплоты под действием трения, с той разницей, что в рассматриваемом варианте электроны соприкасаются с кристаллической решеткой металла. В результате, происходит выделение тепла.

Такое свойство металлических проводников имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Эффект нагрева используется на производстве и в быту, как основное качество различных устройств, например, электрических печей или электрочайников, утюгов и другой техники. Отрицательными качествами являются возможные разрушения изоляции при перегреве, что может привести к возгоранию, а также выходу из строя электротехники и оборудования. Это означает, что длительные токовые нагрузки для проводов и кабелей превысили установленную норму.

Существует множество причин чрезмерного нагрева проводников:

Основной причиной часто становится неправильно выбранное сечение кабеля. Каждый проводник обладает собственной максимальной пропускной способностью тока, измеряемого в амперах. Прежде чем подключать тот или иной прибор, необходимо установить его мощность и только потом выбирать сечение. Выбор следует делать с запасом мощности от 30 до 40%.
Другой, не менее распространенной причиной, считаются слабые контакты в местах соединений – в распределительных коробках, щитках, автоматических выключателях и т.д. При плохом контакте провода будут нагреваться, вплоть до их полного перегорания. Во многих случаях достаточно проверить и подтянуть контакты, и чрезмерный нагрев исчезнет.
Довольно часто контакт нарушается из-за неправильного соединения медных и алюминиевых проводов. Чтобы избежать окисления в местах соединений этих металлов, необходимо использовать клеммники.

Для правильного расчета сечения кабеля нужно вначале определить максимальные токовые нагрузки. С этой целью сумма всех номинальных мощностей у используемых потребителей, должна быть поделена на значение напряжения. Затем, с помощью таблиц можно легко подобрать нужное сечение кабеля.

Расчет допустимой силы тока по нагреву жил

Правильно выбранное сечение проводника не допускает падений напряжения, а также излишних перегревов под воздействием проходящего электротока. То есть, сечение должно обеспечивать наиболее оптимальный режим работы, экономичность и минимальный расход цветных металлов.

Сечение проводника выбирается по двум основным критериям, как допустимый нагрев и допустимая потеря напряжения. Из двух значений сечения, полученных при расчетах, выбирается большая величина, округляемая до стандартного уровня. Потеря напряжения оказывает серьезное влияние преимущественно на состояние воздушных линий, а величина допустимого нагрева оказывает серьезное влияние на переносные шланговые и подземные кабельные линии. Поэтому сечение для каждого вида проводников определяется в соответствии с этими факторами.

Понятие допустимой силы тока по нагреву (Iд) представляет собой протекающую по проводнику силу тока в течение длительного времени, в процессе которого появляется значение длительно допустимой температуры нагрева. При выборе сечения необходимо соблюдение обязательного условия, чтобы расчетная сила тока Iр соответствовала допустимой силе тока по нагреву Iд. Значение Iр определяется по следующей формуле: Iр, в которой Рн является номинальной мощностью в кВт; Кз – коэффициент загрузки устройства, составляющий 0,8-0,9; Uн – номинальное напряжение устройства; hд – КПД устройства; cos j – коэффициент мощности устройства 0,8-0,9.

Таким образом, любому току, протекающему через проводник в течение длительного времени, будет соответствовать определенное значение установившейся температуры проводника. При этом, внешние условия, окружающие проводник, остаются неизменными. Величина тока, при которой температура данного кабеля считается максимально допустимой, известна в электротехнике, как длительно допустимый ток кабеля. Этот параметр зависит от материала изоляции и способа прокладки кабеля, его сечения и материала жил.

Когда рассчитываются длительно допустимые токи кабелей, обязательно используется значение максимальной положительной температуры окружающей среды. Это связано с тем, что при одинаковых токах теплоотдача происходит значительно эффективнее в условиях низких температур.

В разных регионах страны и в разное время года температурные показатели будут отличаться. Поэтому в ПУЭ имеются таблицы с допустимыми токовыми нагрузками для расчетных температур. Если же температурные условия значительно отличаются от расчетных, существуют поправки с помощью коэффициентов, позволяющих рассчитать нагрузку для конкретных условий. Базовое значение температуры воздуха внутри и вне помещений устанавливается в пределах 250С, а для кабелей, проложенных в земле на глубине 70-80 см – 150С.

Расчеты с помощью формул достаточно сложные, поэтому на практике чаще всего используется таблица допустимых значений тока для кабелей и проводов. Это позволяет быстро определить, способен ли данный кабель выдержать нагрузку на данном участке при существующих условиях.

Условия теплоотдачи

Наиболее эффективными условиями для теплоотдачи является нахождение кабеля во влажной среде. В случае прокладки в грунте, отведение тепла зависит от структуры и состава грунта и количества влаги, содержащейся в нем.

Для того чтобы получить более точные данные, необходимо определить состав почвы, влияющий на изменение сопротивления. Далее с помощью таблиц находится удельное сопротивление конкретного грунта. Данный параметр может быть уменьшен, если выполнить тщательную трамбовку, а также изменить состав засыпки траншеи. Например, теплопроводность пористого песка и гравия ниже, чем у глины, поэтому кабель рекомендуется засыпать глиной или суглинком, в которых отсутствуют шлаки, камни и строительный мусор.

Воздушные кабельные линии обладают плохой теплоотдачей. Она ухудшается еще больше, когда проводники прокладываются в кабель-каналах с дополнительными воздушными прослойками. Кроме того, кабели, расположенные рядом, подогревают друг друга. В таких ситуациях выбираются минимальные значения нагрузок по току. Чтобы обеспечить благоприятные условия эксплуатации кабелей, значение допустимых токов рассчитывается в двух вариантах: для работы в аварийном и длительном режиме. Отдельно рассчитывается допустимая температура на случай короткого замыкания. Для кабелей в бумажной изоляции она составит 2000С, а для ПВХ – 1200С.

Значение длительно допустимого тока и допустимая нагрузка на кабель представляет собой обратно пропорциональную зависимость температурного сопротивления кабеля и теплоемкости внешней среды. Необходимо учитывать, что охлаждение изолированных и неизолированных проводов происходит в совершенно разных условиях. Тепловые потоки, исходящие от кабельных жил, должны преодолеть дополнительное тепловое сопротивление изоляции. На кабели и провода, проложенные в земле и трубах, существенно влияет теплопроводность окружающей среды.

Если в одной траншее прокладывается сразу несколько кабелей, в этом случае условия их охлаждения значительно ухудшаются. В связи с этим длительно допустимые токовые нагрузки на провода и кабели снижаются на каждой отдельной линии. Данный фактор нужно обязательно учитывать при расчетах. На определенное количество рабочих кабелей, проложенных рядом, существуют специальные поправочные коэффициенты, сведенные в общую таблицу.

Таблица нагрузок по сечению кабеля

Передача и распределение электрической энергии совершенно невозможно без проводов и кабелей. Именно с их помощью электрический ток подводится к потребителям. В этих условиях большое значение приобретает токовая нагрузка по сечению кабеля, рассчитываемая по формулам или определяемая с помощью таблиц. В связи с этим, сечения кабелей подбираются в соответствии с нагрузкой, создаваемой всеми электроприборами.

Предварительные расчеты и выбор сечения обеспечивают бесперебойное прохождение электрического тока. Для этих целей существуют таблицы с широким спектром взаимных связей сечения с мощностью и силой тока. Они используются еще на стадии разработки и проектирования электрических сетей, что позволяет в дальнейшем исключить аварийные ситуации, влекущие за собой значительные затраты на ремонт и восстановление кабелей, проводов и оборудования.

Существующая таблица токовых нагрузок кабелей, приведенная в ПУЭ показывает, что постепенный рост сечения проводника вызывает снижение плотности тока (А/мм2). В некоторых случаях вместо одного кабеля с большой площадью сечения, более рациональным будет использование нескольких кабелей с меньшим сечением. Однако, данный вариант требует экономических расчетов, поскольку при заметной экономии цветного металла жил, возрастают затраты на устройство дополнительных кабельных линий.

Выбирая наиболее оптимальное сечение проводников с помощью таблицы, необходимо учитывать несколько важных факторов. Во время проверки на нагрев, токовые нагрузки на провода и кабели принимаются из расчета их получасового максимума. То есть, учитывается средняя максимальная получасовая токовая нагрузка для конкретного элемента сети – трансформатора, электродвигателя, магистралей и т.д.

Кабели, рассчитанные на напряжение до 10 кВ, имеющие пропитанную бумажную изоляцию и работающие с нагрузкой, не превышающей 80% от номинала, допускается краткосрочная перегрузка в пределах 130% на максимальный период 5 суток, не более 6 часов в сутки.

Когда нагрузка кабеля по сечению определяется для линий, проложенных в коробах и лотках, ее допустимое значение принимается как для проводов, уложенных открытым способом в лотке в одном горизонтальном ряду. Если провода прокладываются в трубах, то это значение рассчитывается, как для проводов, уложенных пучками в коробах и лотках.

Если в коробах, лотках и трубах прокладываются пучки проводов в количестве более четырех, в этом случае допустимая токовая нагрузка определяется следующим образом:

Для 5-6 проводов, нагруженных одновременно, считается как при открытой прокладке с коэффициентом поправки 0,68.
Для 7-9 проводников при одновременной нагрузке – так же как при открытой прокладке с коэффициентом 0,63.
Для 10-12 проводников при одновременной нагрузке – так же как при открытой прокладке с коэффициентом 0,6.

Таблица для определения допустимого тока

Расчеты, выполняемые вручную, не всегда позволяют определить длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. В ПУЭ содержится множество разных таблиц, в том числе и таблица токовых нагрузок, содержащая готовые значения, применительно к различным условиям эксплуатации.

Характеристики проводов и кабелей, приведенные в таблицах, дают возможность нормальной передачи и распределения электроэнергии в сетях с постоянным и переменным напряжением. Технические параметры кабельно-проводниковой продукции находятся в очень широком диапазоне. Они различаются собственной маркировкой, количеством жил и другими показателями.

Таким образом, перегрев проводников при постоянной нагрузке можно исключить путем правильного подбора длительно допустимого тока и расчетов отведения тепла в окружающую среду.