Gutdver.ru

Отделка и ремонт
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Теоретические основы электрических кабелей

Теоретические основы электрических кабелей

Предельно допустимые токовые нагрузки на кабель зависят от допустимой температуры нагрева кабеля или провода в процессе эксплуатации, при которой изоляция не подвергается быстрому старению и не снижаются ее механическая прочность и эластичность. За допустимую температуру принимают температуру токопроводящей жилы, не превышающую допустимой температуры нагрева изоляции (табл. 4-2). Поэтому тепловой расчет кабелей сводится к определению температуры токопроводящей жилы с учетом потерь в жилах, изоляции, оболочках и броне. При этом учитывают тепловые сопротивления кабеля и окружающей среды, а также колебания температуры окружающей среды за счет сезонных изменений температуры и посторонних источников тепла.

Для наглядности расчета допустимых нагрузок прибегают к построению схемы замещения тепловых сопротивлений и потоков для конкретных конструкций кабеля и условий прокладки. На рис. 4-7 приведены схемы замещения одножильного кабеля в воздухе, трехжильного кабеля в стальной трубе с маслом под давлением для прокладки в земле и трехжильного кабеля с поясной изоляцией в канале блока. Потери в токопроводящей жиле на единицу длины кабеля при постоянном токе

и при переменном токе

где Rж — активное сопротивление жилы (переменному току) с учетом поверхностного эффекта и эффекта близости.

Диэлектрические потери в изоляции кабеля

Превышение температуры токопроводящей жилы над температурой окружающей среды в одножильном кабеле, проложенном в воздухе,

Допустимый ток нагрузки одножильного кабеля

где Тдоп — максимально допустимая температура жилы (табл. 4-2); kр — отношение потерь в оболочке к потерям в жиле.

Превышение температуры жилы трехжильного кабеля низкого напряжения над температурой поверхности блока Тбл, проложенного в земле:

Допустимый ток нагрузки этого кабеля

Превышение температуры жил маслонаполненного кабеля высокого давления в трубопроводе над температурой земли, окружающей трубопровод,

Допустимый ток нагрузки

где kак — отношение потерь в экране к потерям в жиле; kт — отношение потерь в трубопроводе к потерям в трех жилах кабеля. Отношение допустимого тока нагрузки на кабель, проложенный в воздухе, к току нагрузки кабеля, проложенного в земле,

откуда допустимый ток нагрузки кабеля при прокладке в воздухе

Разновидностью подземной прокладки является размещение кабелей в бетонных блоках или асбошиферных трубах, находящихся в земле. При определении допустимого тока нагрузки в этом случае учитывают нагрев кабеля относительно воздуха в блоке и нагрев самого блока относительно окружающего его слоя грунта. Вследствие эксцентричного положения кабеля в канале блока температуры наружной поверхности оболочки кабеля в верхней и нижней частях различны, но разница редко превосходит 1°С

Ток нагрузки кабеля в блоке зависит от формы блока, числа каналов в нем и взаимного расположения каналов с размещенными в них кабелями. При расположении кабелей в два ряда все кабели в блоке охлаждаются одинаково хорошо, а при расположении их в виде квадрата хорошо охлаждаются только кабели, лежащие на периферии. Кроме того, внутренние кабели подогревают наружные, уменьшая их допустимую нагрузку. Бетонный блок с кабелями имеет большую постоянную времени нагрева, поэтому он нагревается длительное время. При уменьшении нагрузки температура кабеля не будет изменяться (понижаться) пропорционально квадрату тока в жилах, так как нагретый блок будет подогревать кабель. Отношение разности температур внутренней стенки канала и окружающего блок грунта к среднесуточным тепловым потерям во всех кабелях блока называют тепловой постоянной канала блока:

Тепловую постоянную при коэффициенте нагрузки 50% можно вычислить по формуле

где N — число каналов или труб по высоте блока; М — число наружных каналов блока.

Читайте так же:
Выключатель импульсный для света

В большинстве случае значение Н для блоков разной формы находится в пределах 20-40 град o см/вт; обычно его принимают равным 30 градoсм/вт. При вычислении среднесуточных потерь значение тока нагрузки принимают равным среднеквадратичному значению суточной нагрузки. Температура блока

При определении пиковой нагрузки кабеля тепловую постоянную умножают на отношение средних суточных потерь к максимальным потерям, обычно равное для линейных кабелей 0,5-0,65, а для генераторных кабелей 0,8-0,9. Ток перегрузки вычисляют по приближенной формуле

где m=I/Iдоп; I — ток в кабеле, а; Iдоп — длительно допустимый ток в кабеле, а.

Установившаяся температура от тока перегрузки Iпер

Установившаяся температура от тока нагрузки

Допустимый ток перегрузки для заданного времени

Зарядный ток трехжильных кабелей с поясной изоляцией

где ил — номинальное линейное напряжение, в.

Увеличений пропускной способности кабелей на напряжение 220 кв и выше путем увеличения сечения токопроводящих жил возможно только до определенного предела, а далее — при применении искусственного охлаждения. Объясняется это тем, что с увеличением сечения жил увеличиваются объем изоляции и соответственно диэлектрические потери в них. Охлаждение кабеля можно осуществлять маслом или водой. При охлаждении маслом используется канал в жиле кабеля или промежутки между жилами в трубопроводе; обратный поток масла пропускается по дополнительной линии, проходящей через теплообменник для охлаждения. При охлаждении водой в непосредственной близости к кабелям прокладываются трубы, по которым циркулирует вода; при этом происходит уменьшение величины эффективного теплового сопротивления среды, окружающей кабель, и появляется возможность увеличения его нагрузки.

В случае, если Вы не нашли информации по интересующей Вас продукции, обращайтесь на форум и Вы непременно получите ответ на поставленный вопрос. Либо воспользуйтесь формой для обращения к администрации портала.

Для справки: Раздел «Справочник» на сайте RusCable.Ru предназначен исключительно для ознакомительных целей. Справочник составлен путём выборки данных из открытых источников, а также благодаря информации, поступающей от заводов-изготовителей кабельной продукции. Раздел постоянно наполняется новыми данными, а также совершенствуется для удобства в использовании.

Список использованной литературы:

Электрические кабели, провода и шнуры.
Справочник. 5-е издание, переработанное и дополненное. Авторы: Н.И.Белоруссов, А.Е.Саакян, А.И.Яковлева. Под редакцией Н.И.Белоруссова.
(М.: Энергоатомиздат, 1987, 1988)

«Кабели оптические. Заводы-изготовители. Общие сведения. Конструкции, оборудование, техническая документация, сертификаты»
Авторы: Ларин Юрий Тимофеевич, Ильин Анатолий Александрович, Нестерко Виктория Александровна
Год издания 2007. Издательство ООО «Престиж».

Справочник «Кабели, провода и шнуры».
Издательство ВНИИКП в семи томах 2002 год.

Кабели, провода и материалы для кабельной индустрии: Технический справочник.
Сост. и редактирование: Кузенев В.Ю., Крехова О.В.
М.: Издательство «Нефть и газ», 1999

Кабельные изделия. Справочник
Автор: Алиев И.И., издание 2-е, 2004

Монтаж и ремонт кабельных линий. Справочник электромонтажника
Под редакцией А.Д. Смирнова, Б.А. Соколова, А.Н. Трифонова
2-е издание, переработанное и дополненное, Москва, Энергоатомиздат, 1990

Приложение С (справочное). Допустимый максимальный ток, защита проводов и кабелей в электрооборудовании машин от перегрузок и сверхтоков

Настоящее приложение предназначено для того, чтобы дать дополнительную информацию, необходимую для выбора размеров проводов, когда указанные в таблице 5 условия (раздел 13) должны быть изменены (примечания к таблице 5).

С.1 Общие рабочие условия

С.1.1 Температура окружающего воздуха

Допустимые максимальные токи для изолированных ПВХ проводов в соответствии с таблицей 5 относятся к температуре окружающего воздуха 40°С.

Таблица С.1 — Поправочные коэффициенты-множители

Температура окружающего воздуха, °С

Примечание — Поправочные коэффициенты-множители взяты из МЭК 60364-5-523 [37], таблица 52-D1.

С.1.2 Способы разводки

В промышленных машинах предполагаются следующие классические способы проводки между кожухами и отдельными элементами (используемые обозначения соответствуют МЭК 60364-5-523 [37]; рисунок С.1):

Читайте так же:
Как соединить провода светодиодной ленты между собой

В1 — использование коробов и кабель-несущих каналов (3.5 и 3.7) для поддержки и защиты проводов (одножильные кабели);

В2 — то же, что В1, но с многожильными кабелями;

С — кабели, прокладываемые на стенах без коробов и каналов;

Е — кабели, прокладываемые в открытых горизонтальных или вертикальных трассах (шинопроводах) (3.4)

Приведенные в таблице 5 значения допустимого максимального тока базируются на:

— трехфазном кабеле переменного тока под нагрузкой с поперечным сечением 0,75 мм2 и более;

— паре под нагрузкой (двух проводов) в цепях управления постоянного тока для поперечных сечений от 0,2 до 0,75 мм2.

Таблица С.2 — Поправочные коэффициенты-множители для группирования

Способ укладки (рисунок С.1)

Число кабелей/пар под нагрузкой

Трехфазный кабель переменного тока (см. примечание 1)

Е (несколько слоев)

Пара постоянного тока (независимо от способа, см. примечание 2)

Примечание — Коэффициенты-множители взяты из МЭК 60364-5-523 [37] и МЭК 60287 [15].

Когда укладывается большое число кабелей/пар под нагрузкой, значения таблицы 5 следует умножить на поправочные коэффициенты из таблиц С.2 и С.3.

Таблица С.3 — Поправочные коэффициенты-множители для многожильных кабелей сечением до 10 мм2.

Число проводов/пар под нагрузкой

Переменный ток (провод сечением менее 1 мм2, см. примечание 1)

Постоянный ток (пара проводов сечением 0,2-0,75 мм, см. примечание 2)

Примечание — Коэффициенты-множители взяты из МЭК 60364-5-523 [37].

С.1.4 Классификация проводников

Таблица С.4 — Классификация проводников

Жесткий провод медный или алюминиевый с круглым поперечным сечением до 16 мм2

Только для стационарных установок без вибрации

Проводник медный или алюминиевый с минимальным числом жил сечением >25 мм2

Гибкий медный проводник, состоящий из многих тонких жил

Для машинных установок с вибрацией; соединение с подвижными частями. Для частых движений

Гибкий медный проводник, состоящий из многих очень тонких жил

Примечание — Таблица взята из МЭК 60228 [12] и МЭК 60228А [13].

С.2 Использование в прерывистом режиме

Применение в периодическом или перемежающемся режиме, когда происходят частые двигательные запуски, требует расчета действительной величины термического эквивалентного тока I_q , чтобы установить, превышает ли он ток установившегося режима I_b. В случае, когда I_q>I_b, для выбора кабеля следует использовать I_q вместо I_b. Для координации с защитой от сверхтоков можно также применять эту замену. I_q может быть рассчитан по формуле

С.3 Координация между проводами и защитными устройствами

С.3.1 Во всех случаях необходимо проверить следующие условия:

С.3.2 Когда устройство защиты от сверхтоков должно обеспечивать защиту от перегрузки, необходимо проверить следующие соотношения:

С.3.3 Когда устройство защиты от сверхтоков должно обеспечивать защиту только от коротких замыканий, I_n может превышать I_z и I_2 может превышать 1,45 х I_z.

Однако необходимо учитывать, что I_n>I_z, а также то, что температура при коротком замыкании может превысить максимальную температуру провода. Это особенно характерно для провода сечением менее 16 vм2. Расчеты приведены в С.4.

С.4 Зашита проводов от сверхтоков

Все провода должны быть защищены от сверхтоков (7.2) устройствами защиты, которые включаются во все активные провода таким образом, чтобы любой ток короткого замыкания, проходящий по кабелю, был прерван прежде, чем провод достигнет опасной температуры. Например, для проводов с ПВХ изоляцией, имеющих температуру в установившемся режиме 70°С, эта температура повышается от 70 до 160°С менее чем за 5 с при прохождении тока короткого замыкания по этому проводу.

Читайте так же:
Как подключить светодиодную ленту через выключатель с подсветкой

Примечание — Относительно нулевых проводов см. 7.2.2.

На практике требование 7.2 соблюдено, если устройства защиты для тока I размыкают цепь за промежуток времени, который ни в коем случае не превышает время t.

Время t рассчитывают по формуле

Использование плавких предохранителей с характеристиками g(G) или g(M) (ГОСТ Р 50339.0) и выключателей с характеристиками В и С в соответствии с ГОСТ Р 50345 гарантирует соблюдение этого требования. Это требование применяют, если номинальный ток I_n выбирают по таблице 5, где I_n<=I_z (14.4).

<< Приложение
В (справочное). Анкета по электрооборудованию машин
Приложение >>
D (справочное). Понятия функций управления в случае аварии
Содержание
Государственный стандарт РФ ГОСТ Р МЭК 60204-1-99 "Безопасность машин. Электрооборудование машин и механизмов. Часть.

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас или получите полный доступ к системе ГАРАНТ на 3 дня бесплатно!

Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.

Защита кабеля от перегрузок

Ситуации, когда нарушается тепловой баланс в системе электроснабжения, называют перегрузкой электросхемы. В норме протекание тока сопровождается выделением небольшого количества тепла, при этом система электроснабжения сохраняет нормальную работоспособность. Сильное повышение температуры провоцирует воспламенение изоляции, замыкание и пожар. Перегрузка может возникнуть из-за неправильного подключения, эксплуатации или повреждения токопроводящих кабелей

Суммарный ток, проходящий по проводам, превышает максимально допустимое значение и жила накаляется. Температура нагрева зависит от сечения жилы — чем меньше этот показатель, тем выше будет плотность тока. Например, кабель сечением 10 мм2 при максимальных нагрузках лишь слегка нагреется, а кабель в 1 мм2 сгорит за считанные минуты.

Защита сети от перегрузки

Хуже всего перегрузку сети переносят кабели с пластиковой изоляцией и трубы из аналогичного материала, при помощи которых монтируется система электроснабжения объекта. Трубы из винилпласта более устойчивы к возгораниям, поэтому их используют гораздо чаще. В загородных жилых домах перегрузки сети представляют серьезную опасность жизни людей. Как правило, все имеющиеся бытовые и осветительные приборы запитываются от одной сети, а предохранители рассчитаны на воздействие тока короткого замыкания или отсутствуют вовсе.

Сама по себе единоразовая перегрузка не так опасна, как короткое замыкание. Однако постоянные перегрузки провоцируют многочисленные повреждения изоляционного слоя, что рано или поздно станет причиной замыкания клемм и воспламенения проводов. Явным признаком частых перегрузок в домашней сети электроснабжения является частое срабатывание автоматических выключателей или перегорание предохранительных устройств. Чтобы избежать подобного сценария, рекомендуется придерживаться простых правил:

  • Ежегодно осуществлять проверку целостности электропроводки и работоспособности предохранительного оборудования;
  • Ограничивать использование удлинителей, тройников и других подобных устройств. Вместо этого можно установить несколько дополнительных розеток, подключенных к щитку отдельной линией;
  • Не прокладывать кабели и провода под ковровыми покрытиями, линолеумом и другими легковоспламеняющимися напольными покрытиями;
  • Если один или несколько выключателей постоянно нагреваются и чувствуется запах паленой пластмассы, элемент следует заменить, предварительно отключив электричество. Во избежание поражения током лучше всего доверить выполнение подобных работ специалистам.

Хорошую защиту от перегрузки обеспечивают магнитные пускатели с тепловым реле и автоматические выключатели, оснащенные тепловыми расцепителями. Такие устройства надежно защищают сеть от перегрузок, однако не обеспечивают достаточный уровень безопасности при коротком замыкании. Поэтому в комплекте с ними рекомендуется устанавливать плавкие предохранители. В продаже имеется много автоматических выключателей комбинированного типа, в которых присутствуют электромагнитные и тепловые расцепители.

Такие устройства обеспечивают одновременную защиту от перегрузок и замыканий.

Расчет электрической проводки

Чтобы избежать перегрузок сети, на этапе монтажа проводки в помещении важно правильно рассчитать будущую нагрузку на сеть. Для этого нужно суммировать мощность энергопотребления всех имеющихся электроприборов с учетом периодичности их эксплуатации. Также нужно помнить о том, что кабель со слишком маленьким сечением не выдерживает больших нагрузок и имеет высокую скорость нагрева. Не менее опасна так называемая скрытая проводка — провода греются сильнее тех, которые проложены поверх стен.

Читайте так же:
Декор для выключателя света

Схема электроснабжения квартиры или частного дома должна быть составлена с учетом всех розеток, бытовых и осветительных приборов. Проводка, смонтированная таким образом, будет надежно защищена от коротких замыканий и перегрузок.

Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств — Выбор кабелей по допустимому току

Таблицы длительно допустимых токов для кабелей стандартных сечений составлены для случаев прокладки одиночного кабеля в земле, при температуре почвы +15оС, и для одиночного кабеля , проложено на открытом воздухе ,при температуре воздуха +25оС [3,9].
В том случае, когда условия прокладки и охлаждения кабелей отличаются от принятых, вводятся поправочные коэффициенты на число рядом проложенных в земле кабелей , таблица 5.3 и на температуру окружающей среды , таблица 5.4.
Таблица 5.3 Поправочный коэффициент на количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле.

Коэффициент при количестве кабелей

Таблица 5.4 — Поправочные коэффициенты на токи кабелей и шин в зависимости от температуры земли и воздуха.

Нормирован-ная температу-ра жил, оС

Поправочные коэффициенты на токи при расчетной температуре среды, °С

Таким образом, условие выбора кабеля по допустимому току имеет вид
, (5.4)
где — количество параллельно работающих кабелей;
— допустимый ток одного кабеля.
Если потребители питаются по нескольким параллельным кабелям, то выбор кабелей необходимо производить по утяжеленному режиму, когда один из кабелей отключен, т.е.
, (5.5)
где — коэффициент аварийной перегрузки кабеля, который для кабелей с бумажной изоляцией берётся из таблицы 5.5.
Таблица 5.5 — Допустимые перегрузки кабелей с бумажной изоляцией напряжением до 10 кВ в аварийных режимах.

Вид прокладки кабеля

Допустимая перегрузка по отношению к номинальной при длительности максимума , ч

В трубах в земле

В трубах в земле

Если применяются кабели с полиэтиленовой изоляцией, то на время ликвидации послеаварийного режима допускается их перегрузка до 10%. Для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией допускается перегрузка до 15% от номинальной. При этом указанная перегрузка кабелей допускается на время максимумов нагрузки продолжительностью не более 6ч в сутки в течение 5 суток, если нагрузка в остальные периоды времени не превышает номинальной [3].

5.3 Примеры выбора и проверки кабелей
Пример 5.1 Выбрать кабель для питания электродвигателя собственных нужд ВАО 630М6 с . Кабель прокладывается внутри сырого канала с температурой окружающего воздуха . Начальное значение периодической составляющей тока КЗ от внешней сетиа от эквивалентного электродвигателя .
В цепи кабеля установлен выключатель ВМП-10-320 с . Полное время отключения КЗ .
Для питания электродвигателя, согласно таблице 5.1, принимаем трехжильный кабель марки ААШв, .
Экономическое сечение кабеля равно
,
где для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами, , согласно таблице 4.18.
Окончательно принимаем трехжильный кабель ААШв 3х50 мм2 с , в соответствии с таблицей 5.2.
Определим допустимый ток кабеля с учетом поправочного коэффициента на температуру окружающего воздуха.
Согласно таблице 5.4, для температуры окружающей среды и нормированной температуре жил 650С, коэффициент .
.
Для проверки кабеля на термическую стойкость определим квадратичный импульс тока КЗ . Согласно [2], при , квадратичный импульс тока КЗ определяется по выражению

где — постоянная времени апериодической составляющей тока эквивалентного электродвигателя, которая принимается в соответствии с [1];
— постоянная времени апериодической составляющей тока внешней сети, которая принимается в соответствии с таблицей 1.1;
— относительный тепловой импульс тока КЗ от периодической составляющей тока эквивалентного электродвигателя определяемый по кривой рисунка 1.3,а;
— относительный токовый импульс от эквивалентного электродвигателя, который определяется по кривым рисунка 1.3,б.
Для момента времени отключения КЗ по кривым рисунка 1.3 имеем . Тогда квадратичный импульс тока КЗ равен

Читайте так же:
Как снять сенсорный выключатель света

Минимальное сечение кабеля по термической стойкости согласно (4.6)
,
где по таблице 4.2 для кабелей с алюминиевыми жилами напряжением до 10 кВ.
Так как , то принимаем к установке кабель сечением 120 мм2.

Пример 5.2 Выбрать кабель для питания потребителя с максимальной нагрузкой при напряжении и . B нормальном режиме работы питание потребителя осуществляется по двум кабелям, длиной 100 м каждый, резервирующими друг друга и проложенными в земле в одной траншее. Температура почвы . Продолжительность использования максимума нагрузки . В течение суток максимальная нагрузка продолжается 3 ч. Ток К3 на шинах 6 кВ, к которым подключены кабели . Время отключения К3 .
Определим рабочий ток в каждом кабеле в нормальном режиме работы:
.
При , согласно таблицы 4.18, для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами .
Экономическое сечение каждого из кабелей равно
.
Принимаем, в соответствии с таблицей 5.1, два трехжильных кабеля марки ААШв 3´185 мм2 с при температуре почвы +15С, согласно таблицы 5.2.
Определим действительный допустимый ток кабеля с учетом поправочного коэффициента на температуру почвы и коэффициента , учитывающего число рядом проложенных кабелей. Для температуры почвы +20оС и нормированной температуры жил кабеля +65оС поправочный коэффициент согласно таблице 5.4 равен 0,95. Коэффициент , учитывающий число рядом проложенных кабелей, согласно таблицы 5.3, равен 0,92 при расстоянии между кабелями в свету 200 мм.
.
При отключении одного кабеля в другом кабеле будет протекать ток равный

Допустимый ток одного кабеля с учетом аварийной перегрузки определим по формуле (5.5)
,
где – коэффициент аварийной перегрузки кабеля, который определяется по таблице 5.5 для и коэффициента предварительной нагрузки кабеля
.
Для кабеля проложенного в земле при коэффициенте и коэффициент аварийной перегрузки.
Фактическая перегрузка в часы максимума в форсированном режиме составляет
.
Таким образом, кабель сечением 3´185 мм2 не удовлетворяет условию нагрева в форсированном режиме.
Принимаем, согласно таблицы 5.2, два кабеля сечением 3´240 мм2 c допустимым током каждого кабеля .
Действительный допустимый ток одного кабеля с учетом поправочных коэффициентов и составляет
.
Коэффициент предварительной нагрузки кабеля равен
.
Для и ч согласно таблицы 5.5 коэффициент аварийной перегрузки .
Фактическая перегрузка в часы максимума в форсированном режиме составляет
,
что меньше допустимой перегрузки.
Окончательно принимаем для питания потребителя два кабеля типа ААШв 3´240 мм2.
Для проверки кабеля на термическую стойкость определим, согласно [3],ток КЗ за пучком из двух кабелей.
Результирующее сопротивление до шин 6 кВ, от которых питается по выбранным кабелям потребитель, составляет
.
Индуктивное и активное сопротивления кабелей равны
;
,
где и берутся из таблицы 5.2.
С учётом параллельного соединения кабелей полное результирующее сопротивление до места КЗ равно

Ток КЗ за пучком кабелей равен
.
По каждому кабелю протекает ток КЗ равный 5,54 кА.
Тепловой импульс тока КЗ при этом равен
.
Минимальное сечение кабеля по термической стойкости
.
Таким образом, принятые к установке кабели ААШв 3´240 мм2 термически стойкие.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector