Расчёт сечения кабеля по мощности и току: как правильно рассчитать проводку. Территория электротехнической информации WEBSOR Расчет силовых кабелей по токовой нагрузке

Электроснабжение

Выбор проводников по термической и динамической устойчивости к току к.з.

Проводники и токопроводы в электрических сетях выше 1000 в, как правило, подлежат проверке на условия нагревания током к. з.
В электрических сетях до 1000 в на термическую устойчивость проверяются только токопроводы.
Повышение температуры жил изолированных проводников и кабелей в результате прохождения тока к. з. ведет к химическому разложению изоляции и резкому снижению ее электрической и механической прочности, а следовательно, и к возможности аварии. Поэтому установлены определенные максимально допустимые пределы температур в режиме к. з., указанные в табл. 6-1.

Проверка кабелей на нагревание от токов к. з. должна производиться:
1)для одиночных кабелей небольшой протяженности, исходя из к. з. в начале кабеля;
2)для одиночных кабелей, имеющих соединительные муфты, исходя из к. з. s начале каждого участка, с тем чтобы иметь возможность ступенями уменьшать сечение кабеля по его длине;
3)для двух и более параллельно включенных кабелей, исходя из к. з. непосредственно за пучком {по сквозному току).

Допускается не проверять проводники по режиму к. з. в случяе их защиты плавкими предохранителями. Линия считается защищенной предохранителем, когда отключающая способность предохранителя достаточна для отключения наибольшего возможного аварийного тока линии.
Для линий к индивидуальным электроприемникам, в том числе к цеховым трансформаторам общей мощностью до 1000 ква включительно, допускается не проверять сечения проводников по току к. з при одновременном соблюдении следующих условий:

1.В электрической или технологической части предусмотрено резервирование, гарантирующее от расстройства производственного процесса.
2.Повреждение проводников при к. з. не может вызвать взрыва.
3.Возможна замена проводников без значительных затруднений.

Для линий к индивидуальным электроприемникам или небольшим распределительным пунктам неответственного назначения допускается не производить проверку проводников на термическую устойчивость при к. з., если обеспечивается только одно условие 2 (отсутствие опасности взрыва).
Провода воздушных линий до 10 кв не проверяются по току к. з.
Допустимые величины тока к. з. для кабелей определяются в зависимости от материала и сечения кабеля и длительности прохождения тока к. з.
Термическое действие тока к. з. в течение действительного времени прохождения его t д , характеризуется величиной фиктивного времени t ф прохождения установившегося тока к. з. с одинаковым по термическому действию эффектом.
Фиктивное время определяется в зависимости от отношения

где I" - действующее значение периодической составляющей тока к. з. в начальный момент, а
- установившийся ток к. з. (действующее значение), а.
Действительное время I д слагается из выдержки времени, установленной на максимально-токовой защите линии, и собственного времени отключающего аппарата (выключателя мощности).
При проверке на термическую устойчивость проводников линий, оборудованных быстродействующим автоматическим повторным включением, должно учитываться повышение нагревания проводников из-за увеличения суммарной продолжительности к. з.
При расчетах тока к. з. в распределительных сетях 6-10 кв весьма часто затухание не учитывают. В этом случае фиктивное время может быть принято равным действительному и задача проверки проводников на термическую устойчивость упрощается отсутствием необходимости определения фиктивного времени.
Сечение, обеспечивающее термическую устойчивость проводника к току к. з. при заданной величине фиктивного времени t ф , определяется из выражения

где F-сечение жилы кабеля, мм кв
С - постоянная, определяемая в зависимости от заданной ПУЭ конечной температуры нагревания жил и напряжения; числовые значения постоянной С- указаны в табл. 6-1.
Ниже приведена табл. 6-2 для проверки кабелей на термическую устойчивость, составленная по формуле (6-2) в величинах допустимого установившегося тока к. з. в килоамперах.
В дополнение к расчету на термическую устойчивость сечение шин токопроводов должно быть проверено также на механическую прочность при к. з. (динамическая устойчивость токопровода).

Таблица 6-1 Допустимые температуры нагревания проводников и шин при к. з.


Вид и материал проводника	Наибольшая допустимая температура, °С	Значение коэффициента с
Шины медные Шины алюминиевые Шины стальные, не имеющие непосредственного соединения с аппаратом Шины стальные с непосредственным соединением с аппаратом Кабели с бумажной пропитанной изоляцией напряжением до 10 кв с медными и алюминиевыми жилами Кабели и изолированные провода с полихлорвиниловой или резиновой изоляцией с медными и алюминиевыми жилами Медные голые провода при тяжениях менее То же при тяжениях более Алюминиевые голые провода при тяжениях менее То же при тяжениях более Алюминиевая часть сталеалюминиевых проводов	300 200 400 300 200 150 250 200 200 160 200	165 90 66 60 165 145 98 85 98

Примечания: 1. Значения величины С определены при средних рабочих температурах 75 °С для шин и 50 °С для проводов и кабелей.
2. В числителях дробей указаны значения величины С для алюминия, в знаменателях - для меди.

Таблица 6-2 Допустимые величины тока к. з. кабелей с бумажной изоляцией на напряжение 6-10 кв по условиям термической устойчивости, ка


	Сечение кабелей, мм кв

Алюминиевые жилы
0,25 0,5 0,75 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0	3,12 2,20 1,80 1,56 1,28 1,10 0,985 0,90 0,83 0,78 0,73 0,70 0,66 0,640	4,88 3,45 2,80 2,44 2,00 1,72 1,54 1,40 1,30 1,24 1,15 1,10 1,04 1,00	6,85 4,80 3,95 3,40 2,80 2,40 2,16 1,97 1,80 1,70 1,60 1,52 1,45 1,40	9,75 6,90 5,60 4,85 4,00 3,45 3,08 2,80 2,60 2,44 2,30 2,18 2,10 2,00	13,70 9,65 7,90 6,80 5,55 4,80 4,30 3,95 3,65 3,40 3,20 3,00 2,90 2,80	18,50 13,00 10,65 9,25 7,55 6,55 5,85 5,35 4,95 4,65 4,35 4,15 3,95 3,80	23,40 16,50 13,50 11,80 9,55 8,25 7,40 6,75 6,25 5,85 5,50 5,23 5,00 4,80	29,25 20,00 16,90 14,60 11,90 10,30 9,20 8,40 7,80 7,30 6,90 6,53 6,23 6,00	36,00 25,45 20,50 18,00 14,75 12,75 11,40 10,40 9,60 9,00 8,50 8,10 7,70 7,35
Медные жилы
0,25 0,5 0,75 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0	4,63 3,28 2,68 2,32 1,90 1,64 1,47 1,34 1,24 1,16 1,09 1,04 0,99 0,95	7,25 5,12 4,19 3,63 2,96 2,56 2,30 2,10 1,94 1,81 1,70 1,62 1,55, 1,48	10,2 7,16 5,85 5,00 4,15 3,58 3,20 2,93 2,71 2,50 2,39 2,27 2,16 2,07	14,5 10,4 8,37 7,25 5,92 5,12 4,58 4,19 3,88 3,62 3,41 3,25 3,09 3,06	20,2 14,3 11,7 10,1 8,30 7,18 6,42 5,86 5,43 5,05 4,78 4,55 4,32 4,15	27,5 19,5 15,9 13,8 11,3 9,72 8,71 7,95 7,36 6,90 6,48 6,16 5,86 5,63	34,8 24,6 20,0 17,4 14,2 12,3 11,0 10,0 9,30 8,70 8,20 7,80 7,40 7,10	43,5 30,7 25,0 21,8 17,8 16,6 13,8 12,6 11,6 10,9 10,2 9,75 9,25 8,88	53,5 38,0 31,0 26,8 21,9 19,0 17,0 15,5 14,4 13,4 12,6 12,0 Следовательно, Обращаясь к табл. 6-2, для времени 0,75 сек определяем, что кабелю с алюминиевыми жилами сечением 3 X 50 мм кв соответствует допустимая величина тока к. з. 5,6 ка, т. е. при заданном значении кабель окажется термически устойчивым. То же самое можем получить непосредственно из (6-2): Пример 6-2. Какую максимальную выдержку времени следует установить на масляном выключателе питающей линии, выполненной кабелем марки СБ сечением 3 X 70 мм кв при установившемся к. з. замыкания 11 ка? Затухание, как и в предыдущем примере, полагаем практически отсутствующим. Решение. По табл. 6-2 в графе для медного кабеля сечением 70 мм кв находим значение тока к. з., превышающее заданную величину. Имеем 11,7 ка. Это соответствует фиктивному времени 0,75 сек. Следовательно, полагая, что собственное время выключателя мощности и реле, как и в первом примере, не будет превосходить 0,25 сек, убеждаемся, что максимальная выдержка времени защиты линии, для того чтобы кабель оставался устойчивым к термическому действию тока к. з., не должна превышать 0,5 сек. Пример 6-3. В цехе промышленного предприятия прокладывается распределительный токопровод с алюминиевыми шинами. Расчетная нагрузка токопровода 350 а; токопровод защищен селективным автоматическим выключателем типа АВ-4С, время отключения которого при к. з. равно 0,6 сек. Величины токов при к. з. в токопроводе составляют: периодическая составляющая мгновенного тока к. з., равная установившемуся току (затухание отсутствует) 12 ка; амплитуда мгновенного тока к. з. 22 ка. Требуется подобрать тип токопровода. Решение. По условию нагревания расчетным током можно было бы принять токопровод типа ШРА 60-4 на номинальный ток 400 а, но динамическая устойчивость указанного токопровода недостаточна (табличная данная): 10 ка<22 ка. Условию динамической устойчивости отвечает следующий тип токопровода ШРА 60-6 на номинальный ток 600 а, для которого величина допустимой амплитуды тока к. з. составляет 25 ка: 25 ка>22 ка. Проверяем токопровод типа ШРА 60-6 на термическую устойчивость по (6-2). По условию примера: (Фиктивное время принято равным действительному времени отключения к. з., так как затухание тока к. з. отсутствует.) Величина постоянной С для алюминиевых шин определяется по табл. 6-1: С=90. Минимальное сечение шин токопровода по условиям термической устойчивости при к. з. получается равным: Выбранный тип токопровода удовлетворяет условию термической устойчивости, так как сечение шин для него составляет 60 X 6= = 360 мм кв >103 мм кв.

Значения токов легко определить , зная паспортную мощность потребителей по формуле: I = Р/220. Зная суммарный ток всех потребителей и учитывая соотношения допустимой для провода токовой нагрузки (открытой проводки) на сечение провода:

для медного провода 10 ампер на миллиметр квадратный,
для алюминиевого 8 ампер на миллиметр квадратный, можно определить, подойдет ли имеющийся у вас провод или же необходимо использовать другой.

При выполнении скрытой силовой проводки (в трубке или же в стене) приведенные значения уменьшаются умножением на поправочный коэффициент 0,8. Следует отметить, что открытая силовая проводка обычно выполняется проводом с сечением не менее 4 кв. мм из расчета достаточной механической прочности.

Приведенные выше соотношения легко запоминаются и обеспечивают достаточную точность для использования проводов. Если требуется с большей точностью знать длительно допустимую токовую нагрузку для медных проводов и кабелей , то можно воспользоваться нижеприведенными таблицами.

В следующей таблице сведены данные мощности, тока и сечения кабельно-проводниковых материалов, для расчетов и выбора зашитных средств, кабельно-проводниковых материалов и электрооборудования.

Допустимый длительный ток для проводов с медными жилами с резиновой изоляцией в металлических защитных оболочках и кабелей с медными жилами с резиновой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной, найритовой или резиновой оболочке, бронированных и небронированных.

* Токи относятся к проводам и кабелям с нулевой жилой и без нее.

Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных.

Примечание. Допустимые длительные токи для четырехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение до 1 кВ могут выбираться по данной таблице как для трехжильных кабелей, но с коэффициентом 0,92.

Сводная таблица сечений проводов, тока, мощности и характеристик нагрузки.

В таблице приведены данные на основе ПУЭ, для выбора сечений кабельно-проводниковой продукции, а также номинальных и максимально возможных токов автоматов защиты, для однофазной бытовой нагрузки чаще всего применяемой в быту.

Наименьшие допустимые сечения кабелей и проводов электрических сетей в жилых зданиях.

Медь, U = 220 B, одна фаза, двухжильный кабель

Медь, U = 380 B, три фазы, трехжильный кабель

* величина сечения может корректироваться в зависимости от конкретных условий прокладки кабеля

Наименьшие сечения токопроводящих жил проводов и кабелей в электропроводках.

	Сечение жил, мм 2
Проводники		алюминиевых
Шнуры для присоединения бытовых электроприемников
Кабели для присоединения переносных и передвижных электроприемников в промышленных установках
Скрученные двухжильные провода с многопроволочными жилами для стационарной прокладки на роликах
Незащищенные изолированные провода для стационарной электропроводки внутри помещений:
непосредственно по основаниям, на роликах, клицах и тросах
на лотках, в коробах (кроме глухих):


однопроволочных
многопроволочных (гибких)
на изоляторах
Незащищенные изолированные провода в наружных электропроводках:
по стенам, конструкциям или опорам на изоляторах;
вводы от воздушной линии
под навесами на роликах
Незащищенные и защищенные изолированные провода и кабели в трубах, металлических рукавах и глухих коробах
Кабели и защищенные изолированные провода для стационарной электропроводки (без труб, рукавов и глухих коробов):
для жил, присоединяемых к винтовым зажимам
для жил, присоединяемых пайкой:
однопроволочных
многопроволочных (гибких)
Защищенные и незащищенные провода и кабели, прокладываемые в замкнутых каналах или замоноличенно (в строительных конструкциях или под штукатуркой)

Вопрос выбора сечения кабеля для монтажа электропроводки в доме или квартире очень серьезный. Если данный показатель не будет соответствовать нагрузке в контуре, то изоляция провода просто начнет перегреваться, затем плавится и гореть. Конечный итог – короткое замыкание. Все дело в том, что нагрузка создает определенную плотность тока. И если сечение кабеля будет небольшим, то плотность тока в нем будет большой. Поэтому перед покупкой необходимо провести расчет сечения кабеля по нагрузке.

Конечно, не стоит просто так наугад выбирать провод большего сечения. Это в первую очередь ударит по вашему бюджету. С меньшим сечением кабель может не выдержать нагрузку и быстро выйдет из строя. Поэтому лучше всего начать с вопроса, как рассчитать нагрузку на кабель? А уже потом по этому показателю подбирать и сам электрический провод.

Расчет мощности

Самый простой способ – это рассчитать суммарную мощность, которую будет потреблять дом или квартира. Этот расчет будет использован для подбора сечения провода от столба ЛЭП до вводного автомата в коттедж или от подъездного щита в квартиру на первую распределительную коробку. Точно так же рассчитываются провода по шлейфам или комнатам. Понятно, что входной кабель будет иметь самое большое сечение. И чем дальше от первой распределительной коробки, тем данный показатель будет уменьшаться.

Но вернемся к расчетам. Итак, в первую очередь необходимо определить суммарную мощность потребителей. У каждого из них (бытовые приборы и лампы освещения) на корпусе этот показатель обозначен. Если не нашли, смотрите в паспорте или в инструкции.

После чего все мощности необходимо сложить. Это и есть суммарная мощность дома или квартиры. Точно такой же расчет необходимо сделать и по контурам. Но тут есть один спорный момент. Некоторые специалисты рекомендуют умножить суммарный показатель на понижающий коэффициент 0,8, придерживаясь того правила, что не все приборы будут одновременно включаться в цепь. Другие же, наоборот, предлагают умножить на повышающий коэффициент 1,2, тем самым создавая некий запас на будущее, ввиду того, что есть большая вероятность появления в доме или квартире дополнительных бытовых приборов. По нашему мнению второй вариант – оптимальный.

Выбор кабеля

Теперь, зная суммарный показатель мощности, можно выбрать и сечение проводки. В ПУЭ установлены таблицы, по которым легко сделать этот выбор. Приведем несколько примеров для электрической линии, находящейся под напряжением 220 вольт.

Если суммарная мощность составила 4 кВт, то сечение провода будет 1,5 мм².
Мощность 6 кВт, сечение 2,5 мм².
Мощность 10 кВт – сечение 6 мм².

Точно такая же таблица есть и для электрической сети напряжением 380 вольт.

Расчет токовой нагрузки

Это самое точное значение вычисления, проводимого по нагрузке тока. Для этого используется формула:

I=P/U cos φ, где

I – это сила тока;
P – суммарная мощность;
U – напряжение в сети (в данном случае 220 В);
cos φ – коэффициент мощности.

Есть формула и для трехфазной электрической сети:

I=P/(U cos φ)*√3.

Именно по показателю силы тока определяется сечение кабеля по тем же таблицам в ПУЭ. И опять приведем несколько примеров.

Сила тока 19 А – сечение кабеля 1,5 мм².
27 А – 2,5 мм².
46 А – 6 мм².

Как и в случае определения сечения по мощности, здесь также лучше всего умножить показатель силы тока на повышающий коэффициент 1,5.

Коэффициенты

Существуют определенные условия, при которых сила тока внутри проводки может повышаться или понижаться. К примеру, в открытой электрической проводке, когда провода укладываются по стенам или потолку, сила тока будет повышенной, чем в закрытой схеме. Это связано напрямую с температурой окружающей среды. Чем она больше, тем большей силы тока может данный кабель пропускать.

Внимание! Все выше перечисленные таблицы ПУЭ рассчитаны при условии эксплуатации проводов при температуре +25С с температурой самих кабелей не больше +65С.

То есть, получается так, что если в один лоток, гофру или трубу укладываются сразу несколько проводов, то внутри проводки температура будет повышенной за счет нагрева самих кабелей. Это приводит к тому, что допустимая нагрузка тока снижается на 10-30 процентов. То же самое касается и открытой проводки внутри отапливаемых помещений. Поэтому можно сделать вывод: при проведении расчета сечения кабеля в зависимости от нагрузки тока при повышенных температурах эксплуатации можно выбирать провода меньшей площади. Это, конечно, неплохая экономия. Кстати, таблицы снижающих коэффициентов в ПУЭ тоже есть.

Есть еще один момент, который касается длины используемого электрического кабеля. Чем длиннее разводка, тем больше потери напряжения на участках. В любых расчетах используются потери, равные 5%. То есть, это максимум. Если потери будут больше данного значения, то придется увеличивать сечение кабеля. Кстати, самостоятельно рассчитать токовые потери несложно, если знать сопротивление проводки и токовую нагрузку. Хотя оптимальный вариант – использовать таблицу ПУЭ, в которых установлена зависимость момента нагрузки и потерь. В данном случае момент нагрузки – это произведение мощности потребления в киловаттах и длины самого кабеля в метрах.

Разберем пример, в котором установленный кабель длиною 30 мм в сети переменного тока напряжением 220 вольт выдерживает нагрузку 3 кВт. При этом момент нагрузки будет равен 3*30=90. Смотрим в таблицу ПУЭ, где показано, что этому моменту соответствуют потери 3%. То есть, это меньше номинала в 5%. Что допустимо. Как уже было сказано выше, если расчетные потери превысили бы пятипроцентный барьер, то пришлось бы приобретать и устанавливать кабель большего сечения.

Внимание! Данные потери сильно сказываются на освещении с низковольтными лампами. Потому что на 220 вольтах 1-2 В не сильно отражаются, а вот на 12 В видно сразу.

В настоящее время алюминиевые провода в разводках используются редко. Но необходимо знать, что их сопротивление больше, чем у медных, в 1,7 раза. А, значит, и потери у них во столько же раз больше.

Что касается трехфазных сетей, то здесь момент нагрузки больше в шесть раз. Это зависит от того, что сама нагрузка распределяется по трем фазам, а это соответственно тронное увеличение момента. Плюс двоенное увеличение за счет симметричного распределения потребляемой мощности по фазам. При этом в нулевом контуре ток должен быть равен нулю. Если распределение по фазам несимметричное, а это приводит к увеличению и потерь, то придется рассчитывать сечение кабеля по нагрузкам в каждом проводе по отдельности и выбирать его по максимальному расчетному размеру.

Заключение по теме

Как видите, для проведения расчета сечения кабеля по нагрузкам, приходится учитывать различные коэффициенты (понижающие и повышающие). Самостоятельно, если вы в электрике разбираетесь на уровне любителя или начинающего мастера, сделать это непросто. Поэтому совет – пригласите высококвалифицированного специалиста, пусть он сам сделает все расчеты и составит грамотно схему проводки. А вот монтаж можно провести и своими руками.

Сечения проводов и жил кабелей выбирают в зависимости от ряда технических и экономических факторов. Технические факторы, влияющие на выбор сечений, следующие:

а) Для кабельных линий (КЛ) сечение выбирают по таблицам ПУЭ, которые учитывают температуру жилы кабеля нагревающей изоляцию проводников.

б) Для воздушных линий (ВЛ) сечение выбирают по таблицам ПУЭ, которые учитывают допустимую температуру нагрева проводов, т.к. от неё зависит механическая прочность проводников.

Выбираемое сечение обычно должно быть больше расчётного. По таблицам берут сечение, допускающее ближайший больший или одинаковый ток по сравнению с расчётным.

Нагрев от кратковременного выделения тепла током короткого замыкания:

а) КЛ. Выбор осуществляют по количеству тепла, выделяемого за определённое время и вызывающего нагрев жилы кабеля.

б) ВЛ. При прохождении тока КЗ выделяется большое количество теплоты, которое снижает механическую прочность проводов.

Сечение выбирают ближайшее меньшее по сравнению с расчётным значением.

Потери (падение) напряжения в линиях от проходящего по ним тока в нормальном и аварийном режимах имеют одинаковое значение, как для кабельных, так и для воздушных линий и различаются только разными значениями их индуктивного и ёмкостного сопротивлений.

Механическая прочность - устойчивость к механической нагрузке (собственная масса, гололед, ветер):

а) КЛ. Механическая прочность жил кабеля определяется механической нагрузкой на жилы и оболочку кабеля от полной собственной массы кабеля при его прокладке, протяжке и подвеске. Нагрузку учитывают при проектировании прокладки кабеля; она определяет минимально допустимое сечение жил кабеля и типа его исполнения (приводится в справочной литературе).

б) ВЛ. Сечение проводов воздушных линий по механической прочности выбирают в зависимости от собственной массы, а также от силы ветра и массы гололеда, возможных в данном географическом районе.

Коронирование - фактор, зависящий от применяемого напряжения, сечения провода и окружающей среды. Коронный разряд происходит в резко неоднородном поле и начинается у электрода с малым радиусом кривизны (жилы кабеля или провода) при напряженности поля, равной критической. Увеличение радиуса кривизны приводит к снижению напряженности поля и предотвращению коронирования.

а) КЛ. Коронный разряд в изоляции кабелей приводит к разложению изоляции и в дальнейшем к пробою её. Поэтому сечение жил кабеля выбирают для случая полного отсутствия коронирования.

б) ВЛ. Коронный разряд приводит к увеличению потерь электроэнергии на коронирование. Поэтому выбор сечения проводов ВЛ производят по условию отсутствия коронирования при хорошей погоде.

Экономическая целесообразность. Сечение должно выбираться по годовым затратам в соответствии с расчётом. При выборе сечения принимают ближайшее меньшее стандартное по отношению к расчётному (нестандартному) сечению.

Выбор стандартного сечения проводника

При выборе стандартного сечения исходят из следующего:

1)При выборе сечения по термической стойкости
выбирают ближайшее меньшее сечение, т.к. метод расчёта содержит повышенный процент ошибки, в сторону превышения сечений.

2)Выбор сечения по механической прочностидля КЛ производят без расчётов, т.к. самое малое (начальное в таблице) сечение является механически стойким. Для ВЛ выбирают ближайшее большее стандартное сечение.

3)Выбор сечения по условиям короныпроизводят без расчётов, для проводов ВЛ выбирают ближайшее большее сечение, для КЛ кабели выпускаются на каждое стандартное напряжение.

4)По потерям напряжениявыбирают ближайшее большее сечение. В некоторых случаях, когда расчётное сечение близко к стандартному, можно принять и меньшее (например, полученное расчётное сечение равно 36,5 мм 2 ; можно принять сечение35 мм 2 , на основании конкретных данных о достоверности электрических нагрузок, положенных в основу расчёта).

5)При выборе сечения по нагревувыбирают ближайшее большее сечение. Однако не следует стремиться повышать сечение без достаточных на то оснований.

6)После того как определено минимально допустимое сечение провода по техническим условиям ,его сравнивают с экономически целесообразным сечением.

По правилам устройства электроустановок (ПУЭ) выбор сечения проводника производят по экономической плотности тока:

(4.1)

где - экономически целесообразное сечение проводника;- расчётный ток;- экономическая плотность тока.

В данной методике не учитывается экономическая оценка эффективности (см. рис. 1), определяемая выражением:

(4.2)

где - годовые затраты, тыс. руб.;- годовые эксплуатационные расходы, тыс. руб.: суммарная стоимость потерь электроэнергии, амортизационных отчислений, стоимости ремонта и эксплуатации;
- годовые капитальные затраты с учётом нормативного коэффициента.

Рис. 1. Функциональная зависимость годовых затрат от сечения проводников.

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

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).

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:

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.

Литература:

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.