Меню

Расчет тока в экранах кабелей

Выбор сечения кабеля по току и мощности

Электроэнергия может вырабатываться генератором на напряжении 6, 10, 18кВ. Далее она идет по шинопроводам или комплектным токопроводам к трансформаторам, которые повышают эту величину до 35-330кВ. Чем выше напряжение, тем дальше эту энергию передавать. Затем уже по ЛЭП электричество идет до потребителей. Там опять трансформируется через понижающие трансформаторы до величины 0,4кВ. И между всеми этими преобразованиями электричество идет по воздушным, кабельным линиям различного напряжения. Выбор сечения этих кабелей отдельный вопрос, который и рассматривается в данной статье.

Если обратиться к основам вопроса, то его сразу можно разделить на две части. Часть первая, выбор сечения в сетях до 1кВ, ну и вторая часть (в отдельной статье) — выбор сечения в сетях выше 1кВ. Кроме того, рассмотрим общий для этих классов напряжения вопрос — определение сечения кабеля по диаметру. Сразу предупреждаю, что впереди много таблиц, но пусть это Вас не пугает, так как порой таблица лучше тысячи слов.

Выбор и расчет сечения кабелей напряжением до 1кВ (для квартиры, дома)

Электрические сети до 1кВ самые многочисленные — это как паутина, которая обвивает всю электроэнергетику и в которой такое бесчисленное множество автоматов, схем и устройств, что голова у неподготовленного человека может пойти кругом. Кроме сетей 0,4кВ промышленных предприятий (заводов, ТЭЦ), к этим сетям относится и проводка в квартирах, коттеджах. Поэтому вопросом выбора и расчета сечения кабеля задаются и люди, которые далеки от электричества — простые владельцы недвижимости.

Кабель используется для передачи электроэнергии от источника к потребителю. В квартирах мы рассматриваем участок от электрического щитка, где установлен вводной автоматический выключатель на квартиру, до розеток, в которые подключаются наши приборы (телевизоры, стиральные машины, чайники). Всё, что отходит от автомата в сторону от квартиры в ведомстве обслуживающей организации, туда лезть мы права не имеем. То есть рассматриваем вопрос прокладки кабелей от вводного автомата до розеток в стене и выключателей на потолке.

В общем случае для освещения берут 1,5 квадрата, для розеток 2,5, а расчет необходим, если требуется подключать что-то нестандартное с большой мощностью — стиралку, бойлер, тэн, плиту.

Выбор сечения кабеля по мощности

Рассматривать далее буду квартиру, так как на предприятиях люди грамотные и всё знают. Чтобы прикинуть мощность необходимо знать мощность каждого электроприемника, сложить их вместе. Единственным минусом при выборе кабеля большего сечения, чем необходимо, является экономическая нецелесообразность. Так как больший кабель больше стоит, но меньше греется. А если выбрать правильно то выйдет и дешевле и греться не будет сильно. В меньшую же сторону округлять нельзя, так как кабель будет больше греться от протекания в нем тока и быстрее придет в неисправное состояние, которое может повлечь за собой неисправность электроприбора и всей проводки.

Первым шагом при выборе сечения кабеля будет определение мощности подключенных к нему нагрузок, а также характер нагрузки — однофазная, трехфазная. Трехфазная это может быть плита в квартире или станок в гараже в частном доме.

Если все приборы уже приобретены, то можно узнать мощность каждого по паспорту, который идет в комплекте, или, зная тип, можно найти в интернете паспорт и посмотреть мощность там.

Если приборы не куплены, но покупать их входит в ваши планы, то можно воспользоваться таблицей, где занесены наиболее популярные приборы. Выписываем значения мощностей и складываем те величины, которые одновременно могут включаться в одну розетку. Приведенные ниже значения носят справочный характер, при расчете следует брать большее значение (если указан диапазон мощности). И всегда лучше посмотреть в паспорт, чем брать средние показатели из таблиц.

Электроприбор Вероятная мощность, Вт
Стиральная машина 4000
Микроволновка 1500-2000
Телевизор 100-400
Экран Э
Холодильник 150-2000
Чайник электрический 1000-3000
Обогреватель 1000-2500
Плита электрическая 1100-6000
Компьютер (тут всякое возможно) 400-800
Фен для волос 450-2000
Кондиционер 1000-3000
Дрель 400-800
Шлифовальная машина 650-2200
Перфоратор 600-1400

Выключатели, которые идут после вводного удобно разделять на группы. Отдельные выключатели для питания плиты, стиралки, бойлера и других мощных приборов. Отдельные для питания освещения отдельных комнат, отдельные для групп розеток комнат. Но это в идеале, в реальности бывает просто вводной и три автомата. Но что-то я отвлекся…

Зная значение мощности, которая будет подключаться к данной розетке мы выбираем по таблице сечение с округлением в большую сторону.

За основу возьму таблицы 1.3.4-1.3.5 из 7-го издания ПУЭ. Эти таблицы даны для проводов, шнуров алюминиевых или медных с резиновой и (или) ПВХ изоляцией. То есть то что мы используем в домашней проводке — к данному типу подходит и любимые электриками медные NYM и ВВГ, и алюминиевый АВВГ.

Кроме таблиц нам понадобятся две формулы активной мощности: для однофазной (P=U*I*cosf) и трехфазной сети (та же формула, только еще умножить на корень из трех, который равен 1,732). Косинус принимаем единице, будет у нас для запаса.

Хотя существуют таблицы, где для каждого типа розетки (розетка для станка, розетка для того, для сего) описан свой косинус. Но больше единицы он быть не может, поэтому не страшно, если примем его 1.

Еще перед взглядом в таблицу стоит определиться как и в каком количестве у нас будут проложены наши провода. Варианты есть следующие — открыто или в трубе. А в трубе можно двух- или трех- или четырех одножильных, одного трехжильного или одного двухжильного. Для квартиры нам на выбор либо два одножильных в трубе — это на 220В, либо четыре одножильных в трубе — на 380В. При прокладке в трубе, необходимо, чтобы процентов 40 оставалось свободного пространства в этой самой трубе, это для отсутствия перегрева. Если прокладывать необходимо провода в другом количестве или другим способом то смело открывайте ПУЭ и пересчитывайте для себя, или же выбирайте не по мощности, а по току, о чем пойдет речь чуть позже в этой статье.

Выбирать можно как медный, так и алюминиевый кабель. Хотя, в последнее время большее применение получает медный, так как для одной и той же мощности потребуется меньшее сечение. К тому же медь имеет лучшие электропроводящие свойства, механическую прочность, меньше подвержена окислению, и плюс ко всему срок службы медного провода выше по сравнению с алюминием.

Определились с тем, медь или алюминий, 220 или 380В? Что же, смотрим в таблицу и выбираем сечение. Но учитываем, что в таблице у нас приведены значения для двух или четырех одножильных проводов в трубе.

выбор сечения кабеля по мощности на напряжения 220 и 380 вольт

Посчитали мы нагрузку например в 6кВт для розетки на 220В и смотрим 5,9 мало, хоть и близко, выбираем 8,3кВт — 4мм2 для меди. А если решили алюминий, то 6,1кВт — тоже 4мм2. Хотя выбрать стоит медь, так как ток при таком же сечении будет допустимый на 10А больше.

Выбор сечения кабеля по току

Суть выбора аналогичная, только теперь у нас есть ПУЭ, где прописаны токи, но сами токи нам неизвестны. Хотя, постойте… Ведь мы знаем мощности приборов и можем по формуле вычислить величины токов. Да и токи могут быть написаны в паспортах на изделия. Аналогично смотрим в таблицы ниже. Это уже таблицы из официальных документов, так что придраться не к чему.

Выбор сечения провода с резиновой или ПВХ изоляцией по допустимому току

выбор сечения резинового и пвх кабелей по току

Данные провода наиболее распространены, поэтому и приведена эта таблица. В ПУЭ же имеются другие таблицы на все случаи жизни для проводов, кабелей, шнуров с оболочкой и без при прокладке в воде, земле и воздухе. Но это уже частные случаи. Кстати, таблица что приведена при расчете по мощности полностью является частным случаем таблиц выбора по току, которые являются официальными и описаны в ПУЭ.

Расчет кабеля по мощности и длине

В случае, если вы прокладываете кабель на длинное расстояние (ну метров 15 и более), то Вам необходимо учитывать и падение напряжения, которое вызвано сопротивлением кабельной линии.

Чем же неблагоприятно для нас падение напряжения на конце кабельной линии? Для лампочки это ухудшение светового потока при снижении напряжения, или уменьшение срока службы при повышенном напряжении. Существуют допустимые величины отклонения напряжения. Но в основном для электроприборов это плюс минус пять процентов.

В этом случае требуется произвести расчет, и в случае, если напряжение будет ниже номинального на 5% и более, то придется увеличить сечение и заново произвести расчет. Или же воспользоваться очередной таблицей.

Сейчас немного углубимся в матчасть. Падение напряжения для трехфазной сети определяется по формуле:

формула падения напряжения при расчете сечения кабеля

Эта величина состоит из двух частей, активной(R) и индуктивной(X). Индуктивной частью можно пренебречь в следующих случаях:

  • сеть постоянного тока
  • сеть переменного тока, при cos=1
  • сети, выполненные кабелями или изолированными проводами, проложенными в трубах, если их сечение не больше определенной величины, но не будем углубляться дальше.

В общем индуктивной составляющей пренебрегаем, косинус принимаем равным 1. Значение R определяется по формуле:

формула расчета активного сопротивления

где р — удельное сопротивление (для меди — 0,0175, а для алюминия — 0,03)

Далее два варианта расчета:

а) по заданному значению падения напряжения находим допустимое сечение и выбираем следующее большее значение.

формула определения сечения по потерям

б) по заданному значению мощности или тока определяем падение напряжения на участке, и в случае, если оно будет больше 5%, выбираем другое сечение и повторяем расчет.

формулы определения потерь в сети

В вышеприведенных формулах длина в метрах, ток в амперах, напряжение в вольтах, площадь в мм2. Сама величина падения напряжения в относительных величинах, безразмерная. Формулы пригодны для расчетов при отсутствии индуктивной составляющей и косинусе равном 1. Ряд сечений кабелей стандартный. В принципе с полученным значением сечения можно идти на рынок и смотреть, что подойдет с округлением в большую сторону.

А можно воспользоваться таблицами в интернетах, но эти таблицы… Не понятно откуда и для какого случая они построены. Формулы — наше всё!

Определение сечения кабеля по диаметру

Если у Вас есть возможность замерить диаметр жилы кабеля, естественно голой, без изоляции, значит можно определить сечение этой жилы. Опять у нас два пути: формула или таблица. Каждый пусть выбирает, что ему удобнее.

Формула: пидэквадратначетыре. Это все знают. Измеряем диаметр провода (линейка, штангенциркуль, микрометр), повторюсь очищенного. Значение возводим в квадрат, умножаем на число пи (равно 3,14) и делим на 4. Получаем значение сечения. Примерное, ведь погрешности тут и в числе пи и в самом измерении. Хотите, вот таблица элементарная — измеряем диаметр, смотрим соответствует ли заявленному на бирке сечению.

определение сечения кабеля по диаметру в форме таблицы

Если провод многожильный, то либо каждую жилу измеряем, а потом считаем их число. Ну и умножаем число на диаметр одной и далее по схеме, приведенной выше. Либо, если они хорошо скручены в форме круга на конце, производим замер как на одножильном.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Источник

Расчет сечения кабеля питания системы видеонаблюдения

Расчет сечения кабеля питания системы видеонаблюдения

При построении системы видеонаблюдения одной из ключевых задач является обеспечение качественного и стабильного электропитания. На этапе ее решения возникает ряд вопросов, один из которых — выбор подходящего кабеля питания, одного из дорогостоящих компонентов системы видеонаблюдения.

У многих инсталляторов возникает желание сэкономить, поэтому иногда они делают выбор в пользу более тонкого кабеля с меньшим сечением.

Однако излишняя экономия в свою очередь может привести к нестабильной работе всей системы. С другой стороны, установка питающего кабеля «с запасом» приводит к серьезным затратам, особенно в сильно распределенных системах. Так как же подобрать оптимальный вариант кабеля с помощью нехитрых расчетов и обеспечить надежную работу системы видеонаблюдения с минимальными затратами?

По виду напряжения питания камеры видеонаблюдения можно подразделить на три группы:

  • с питанием постоянным напряжением 12 В (=12),
  • постоянным 24 Вольта (=24),
  • камеры, питающиеся от переменного напряжения 220 Вольт (

Основное достоинство использования постоянного напряжения питания — высокая степень электробезопасности. Вместе с тем, при значительных мощностях (большом количестве камер) требуется использование проводов значительных сечений.

Поскольку любой проводник обладает сопротивлением (которое тем выше, чем меньше его сечение и больше длина), на нем происходит падение части напряжения питания. В этом можно легко убедиться, вспомнив закон Ома (рис.1).

Расчет сечения кабеля питания системы видеонаблюдения

На участке L1 потери напряжения будут составлять U1, таким образом на камеру К1 поступит напряжения питания Uк1=Uп-U1. Следующей камере видеонаблюдения «достанется» еще меньше и так далее по цепочке.

Чтобы избавить Вас от излишних расчетов, приведу значения удельного сопротивления (Ом/метр) медных проводников, наиболее часто используемых сечений:

Сечение (мм2) Удельное сопротивление (ом/м)
0,5 0,035
0,75 0,022
1,0 0,015

Следует помнить, что при расчетах и проектировании системы видеонаблюдения значение длины провода следует брать в два раза больше чем расстояние от блока до камеры, поскольку проводников два (плюс и минус). Пример расчета приведен в конце статьи.

Что касается питания 220 Вольт, то, в большинстве случаев, здесь потерями напряжения можно пренебречь. Однако, с точки зрения безопасности этот вариант менее предпочтителен, хотя в ряде случаев, например при организации уличного видеонаблюдения, его реализация может оказаться проще и дешевле.

Блоки питания для систем видеонаблюдения

Наиболее часто для питания камер видеонаблюдения используются блоки напряжением 12В. Первое на что следует обратить внимание при выборе блока питания — это его мощность (рабочий ток), которые связаны между собой следующими соотношением:

P=I*U или I=P/U, где:

  • P (Ватт) — мощность,
  • I (Ампер) — ток,
  • U (Вольт) — напряжение.

Следует заметить, что ориентироваться надо на номинальные значения тока и мощности, но никак не на максимальные (пиковые).

Теперь что касается некоторых функциональных возможностей блоков питания:

Стабилизация напряжения.

Если сетевое напряжение на объекте где установлено видеонаблюдение не подвержено скачкам и провалам, то можно использовать нестабилизированный блок, тем более он дешевле.

Защита от перегрузок и замыканий.

Главным образом — это нужно для защиты самого блока. Однако, при срабатывании он отключит все питаемые от него камеры, как следствие — система «зависнет».

На важных с точки зрения безопасности объектах для минимизации подобных рисков стоит использовать несколько источников питания (для небольших групп камер — отдельный) или многоканальные блоки с независимой защитой по каждому каналу. Кстати, это позволит предотвратить возможность взаимных помех по цепи питания.

Способ преобразования.

Импульсный блок питания при прочих равных условиях имеет меньшие габариты и вес, чем трансформаторный. Для больших токов он предпочтительнее.

Если система видеонаблюдении имеет небольшое количество камер, то можно обойтись трансформаторным. Здесь определяющим фактором выбора будет цена.

Стоит учесть, что некачественное импульсное устройство может явиться источником дополнительных помех.

Резервирование.

Для камер оно имеет смысл при наличии резерва по питанию остальных компонентов оборудования системы, например, видеорегистраторов или ПК. Для особо важных объектов эту опцию рекомендуется предусмотреть.

Пример расчета питания для камер системы видеонаблюдения

  • количество камер видеонаблюдения — 4,
  • расстояние до камер 50 метров (будем считать, что все камеры расположены в непосредственной близости друг от друга),
  • ток потребления каждой камеры 150 мА,
  • напряжение питания камеры видеонаблюдения 12В+/-10%.

Источник

Расчет тока в экранах кабелей

ОДНОФАЗНЫЕ КАБЕЛИ 6–10 кВ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА
Расчет заземления экранов

В № 2(44) 2007 нашего журнала была напечатана статья петербургских специалистов Михаила Викторовича Дмитриева и Георгия Анатольевича Евдокунина, рассказывающая о проблеме заземления экранов однофазных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Свою новую публикацию авторы посвятили однофазным кабелям 6–10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые сегодня вызывают повышенный интерес и постепенно вытесняют из эксплуатации кабели традиционного исполнения. В материале поясняется механизм появления опасных токов и напряжений в экранах, а также приводятся результаты некоторых обобщающих расчетов для однофазных кабелей 6–10 кВ.

МЕХАНИЗМ ПОЯВЛЕНИЯ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ В ЭКРАНАХ

Основным назначением экрана является обеспечение равномерности электрического поля, воздействующего на главную изоляцию кабеля (изоляцию «жила–экран»), что достигается только в случае заземления экрана. Для более или менее простого объяснения механизма возникновения токов в заземленных экранах приведем несколько рисунков и комментарии к ним.
В начале положим, что имеет место однофазная сеть, т.е. однофазный источник переменной ЭДС Е, однофазный кабель с заземленным экраном (в начале и конце) и нагрузка, имеющая сопротивление ZН (рис. 2). В жиле протекает ток IЖ, который, пройдя через нагрузку, должен вернуться к источнику E. Для этого у тока есть два пути: по экрану IЭ и в толще земли IЗ = IЖ – IЭ.
Ток в земле IЗ будет возвращаться из нагрузки в источник, занимая всю толщу земли, протекая как на небольшой глубине, так и на значительной. Несмотря на это, оказывается возможным приближенно считать (рис. 3), что весь распределенный в земле ток протекает на одной определенной глубине

зависящей от частоты тока w = 2 p f и удельного сопротивления грунта r 3 (магнитная проницаемость постоянна и равна m = 4 p ·10 –7 Гн/м).

С увеличением частоты тока и снижением сопротивления грунта в толще земли всё более заметным окажется поверхностный эффект, из-за которого линии тока (см. рис. 2) будут с большой глубины подниматься ближе к поверхности земли, т.е. в условиях рис. 3 будет уменьшаться DЗ.

На промышленной частоте f = 50 Гц и при типовых значениях r З = 100÷1000 Ом·м эквивалентная глубина DЗ составляет несколько сотен метров, т.е. оказывается заметно больше высоты hK, на которой относительно поверхности земли расположен кабель. При этом не важен способ прокладки кабеля – над землей (в лотке, на эстакаде), как это показано на рис. 2, или в земле (в кабельном канале, в полиэтиленовой трубе). В любом случае расстояние hK от кабеля до поверхности земли будет заметно меньше DЗ.
С применением «идеологии DЗ» получается, что токи и напряжения в кабеле на промышленной частоте не зависят от того, размещен кабель над землей или в земле. Поэтому, не теряя общности, можно принять, что кабель проложен над землей, и для его расчета пользоваться формулами теории воздушных линий электропередач, т.е. считать один кабель двухпроводной линией (жила и экран), несколько кабелей – многопроводной. Это допущение применено в нашей статье [1] (емкость кабеля, разумеется, вычисляется с учетом того, лежит ли моделируемый кабель в земле или над землей).
Токи, показанные на рис. 2 (в жиле, в экране и в земле), можно представить протекающими в двух условных контурах, показанных на рис. 3: первый контур образован жилой кабеля и обратным проводом, находящимся на расстоянии DЗ от жилы; второй контур образован экраном кабеля и тем же обратным проводом на расстоянии DЗ от экрана. Таким образом, процессы в однофазном кабеле могут быть пояснены как результат взаимодействия двух указанных на рис. 3 контуров (за положительные направления токов, как и в [1], было принято направление от источника к нагрузке).
Уравнения, описывающие взаимодействие контуров, следующие:

– продольные падения напряжения на жиле и экране;
– комплексные сопротивления, смысл которых пояснен в таблице 1;
RЖ, RЭ, RЗ – активные сопротивления жилы, экрана, земли;
LЖ, LЭ – собственные индуктивности жилы, экрана;
МЖЭ, МК – взаимная индуктивность жилы и экрана одного и того же кабеля, взаимная индуктивность экрана и соседнего кабеля;
– мнимая единица.

В случае, когда экран заземлен с обоих концов кабеля, справедливо D Uэ = 0
Из второго уравнения системы следует:

тем ближе к единице, чем меньше сопротивление экрана RЭ. Для экранов, сделанных из меди, ток в экране оказывается сопоставимым с током в жиле.

В случае, когда экран заземлен только с одной стороны, справедливо Э = 0. Из системы уравнений найдем падение напряжения на экране: D э = ЖЭ Ж.

Оно, по сути, представляет собой напряжение незаземленного конца экрана относительно земли. Видно, что напряжение на незаземленном экране пропорционально длине кабеля (она скрыта в ЖЭ = ЖЭ * ·LK) и току в жиле, под которым можно понимать как ток нормального режима (десятки-сотни ампер), так и ток КЗ (тысячи ампер). Ясно, что максимальные токи и напряжения на экране появляются при КЗ на нагрузке ZH 0, т.е. при КЗ в сети вне кабеля (ведь именно тогда по жиле кабеля пусть кратковременно, но всё же протекают значительные токи Ж). Поэтому предложенная в [1] методика включала в себя рассмотрение токов и напряжений:

  • для нормального режима работы;
  • для аварийного режима работы сети (однофазное, трехфазное повреждения изоляции сети вне кабеля).

На рис. 2, 3 рассматривалась однофазная сеть и однофазный кабель. В случае трехфазной группы однофазных кабелей на ток и напряжения в экране каждой фазы будет влиять не только ток жилы этой фазы, но и токи жил и экранов соседних фаз. Учтем это, для чего обратимся к рис. 4.

Уравнения фазы «А», описывающие взаимодействия кабелей на рис. 4, следующие:

Ранее в однофазной постановке было получено, что для медных экранов эж.
Таким образом, справедливо ( жв + эв) 0 и ( жс + эс) 0, т.е. фазы В, С не могут компенсировать влияние тока жилы фазы А на ток в экране фазы А. Следовательно, рассмотренный на примере однофазного кабеля механизм возникновения токов в экранах остается справедливым и для группы из трех однофазных кабелей.

Согласно [1] имеет место соотношение:

в котором расстояние между фазами s больше расстояния r2 «жила–экран», т.е. соседние фазы не могут полностью компенсировать ток в экране рассматриваемой фазы. Если кабели фаз А, В, С приближать друг к другу до полного соприкосновения, то можно достичь s 2r2, но всё равно это не обеспечит МЖ = МК и никогда соседние фазы не смогут компенсировать токи и напряжения в экранах рассматриваемой фазы.

Итак, токи и напряжения в экранах группы однофазных кабелей зависят от расстояния между кабелями, снижаясь с уменьшением этого расстояния. Размещать соседние кабели вплотную друг к другу нежелательно исходя из вопросов эффективности охлаждения кабеля. Поэтому заметные токи и напряжения в экранах присущи всем трехфазным группам однофазных кабелей в том случае, когда экраны заземлены с обоих концов кабеля.
Опасных токов и напряжений в экранах не было бы только в том случае, если бы вместо трехфазной группы однофазных кабелей применять трехфазный кабель, имеющий три жилы в одной общей оболочке. Однако современные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, как правило, однофазные, что справедливо вызывает повышенное внимание к возможным токам в их экранах (и напряжениям на них при их разземлении).

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ СИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМОВ

В расчетах по методике [1] необходимо задание геометрии кабеля (рис. 1), которая может быть определена при известных сечениях жилы FЖ и экрана FЭ, а также толщины dЖЭ изоляции «жила- экран»:

где dЖЭ = 3,4 мм – по каталожным данным для кабелей 6–10 кВ. Для симметричного режима на рис. 5, 6 приведены результаты расчетов токов и напряжений экранов для группы из трех однофазных кабелей с сечениями FЖ и FЭ. Они получены по методике, приведенной в [1], и дополнительно проверены при подробном компьютерном моделировании процессов в группе кабелей с помощью канадско- американского комплекса EMTP (для автоматизации расчетов токов и напряжений в экранах в настоящее время также разрабатывается компьютерная программа «ЭКРАН»).
На рис. 5, 6 видно, что токи и напряжения в экранах тем меньше, чем ближе соседние однофазные кабели расположены друг к другу.

При сечениях жилы, отличных от FЖ = 500 мм 2 , соотношение IЭ / IЖ согласно расчетам сильно не изменяется (см. табл. 2) по сравнению с данными, приведенными на рис. 5.

Уже упоминавшиеся экспериментальные данные, полученные в одной энергосистеме Центра, для кабеля 10 кВ, имеющего FЖ = 500 мм 2 и FЭ = 95 мм 2 при токе в жиле IЖ = 186 А, таковы: ток в экране одной фазы составлял IЭ = 130 А, в другом IЭ = 100 А (в третьем экране измерения нельзя было провести из-за ограниченности места в канале). Средний ток в экране оценим как IЭ = 115 А, что соответствует IЭ / IЖ = 115 / 186 = 0,62 и хорошо согласуется с кривыми 1–2 на рис. 5 (при типовом расстоянии s = 0,1÷0,2 м).

Напряжение на экране в случае, когда он заземлен только в одном из концов (схема рис. 7), можно определить на основе данных рис. 6 с использованием выражения:

Например, для кабеля FЖ = 500 мм 2 , s = 0,2 м по рис. 6 получим UЭ рис.6 = 175 В, а результаты расчетов напряжений на экране сведены в табл. 3 (LК = 500 м).

Если для конкретного кабеля возможно прикосновение человека к незаземленному концу экрана, то в качестве допустимого напряжения на экране необходимо принять то напряжение, которое отвечает нормам безопасности, т.е. UЭ UЭ ДОП–1 .

Если исключено прикосновение человека к экрану, то в качестве допустимого напряжения на экране необходимо принять то напряжение, которое отвечает прочности изоляции экрана, т.е. во всех режимах кабеля, имеющего незаземленный конец экрана, должно выполняться условие UЭ UЭ ДОП–2 .

Из табл. 3 видно, что для рассмотренного кабеля в нормальном режиме отмеченное условие безопасности не выполняется. Экран кабеля необходимо обязательно заземлять и в начале, и в конце кабеля, но это приводит к появлению токов в экранах. Напряжение на экране при трехфазном КЗ заметно больше такового в нормальном режиме и с точки зрения прочности изоляции экрана всегда должно проверяться.
Перед вводом в эксплуатацию изоляцию экранов кабелей 6–500 кВ испытывают постоянным напряжением 5 кВ при времени воздействия примерно 1 мин. Поэтому можно оценочно считать, что для изоляции экрана кабелей 6–10 кВ на время короткого замыкания в сети допустимо напряжение промышленной частоты, действующее значение которого составляет UЭ UЭ ДОП–2 = 5000 В (с учетом необходимого запаса оно должно быть несколько меньше).

Итак, при возможности прикосновения человека к экрану рассмотренный кабель длиной 500 метров должен иметь экран, заземленный и в начале, и в конце. В противном случае рассмотренный кабель длиной 500 метров можно эксплуатировать с экраном, заземленным лишь в одном из концов (рис. 7).

ОТЛИЧИЕ СПОСОБОВ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭКРАНОВ КАБЕЛЕЙ 6–10 кВ И 110–500 кВ

В [1] были приведены результаты расчетов для трехфазной группы однофазных кабелей 110 кВ длиной 8,1 км, указывалось на то, что напряжение на незаземленном конце экрана в симметричном режиме составляет 0,88 В на каждый ампер тока жилы, а при однофазном КЗ – 5,8 В на каждый ампер тока жилы, т.е. существенно выше, чем в симметричном режиме. Поэтому для кабелей 110–500 кВ в сетях с эффективно или глухо заземленной нейтралью расчетным случаем, определяющим обустройство экранов, является лишь режим однофазного КЗ.
В сетях с изолированной и компенсированной нейтралью 6–10 кВ (или 6–35 кВ) однофазное повреждение изоляции сопровождается протеканием в кабеле токов, которые значительно меньше токов трехфазного КЗ. Поэтому в сетях 6–10 кВ расчетным случаем, определяющим обустройство экранов, является лишь режим трехфазного КЗ.
Сделанные выводы относительно расчетного случая можно подтвердить при помощи данных табл. 4, позволяющей определить напряжение в разземленном конце экрана в схеме рис. 7. В этой таблице среди различных КЗ самый большой коэффициент имеет место при однофазном коротком замыкании К(1), чуть меньший для случая К(1,1), а самые маленькие коэффициенты – в случаях К(2) и К(3). Поскольку в сетях 110–500 кВ токи однофазного КЗ близки по величине к токам трехфазного К3, то наибольшее напряжение на разземленном экране получается именно при К(1).
В сетях 6–35 кВ токи однофазного замыкания на землю малы по сравнению с токами К(1,1), К(2), К(3), и поэтому К(1) не является расчетным. В случае К(1,1) токи в земле практически отсутствуют, З 0, т.е. случаи К(1,1), К(2), К(3) оказываются равноправными с точки зрения коэффициента, определяющего напряжение на экране. Так как случай К(3) более прост в рассмотрении по сравнению с К(1,1) и К(2), то именно он рекомендуется в качестве расчетного в сетях 6–35 кВ.
И в сетях 6–10 кВ, и в сетях 110–500 кВ в случае заземления экранов по концам кабеля в экранах протекают значительные токи. Эффективными способами снижения токов в экранах могут быть названы:

  • заземление экранов только в одном из концов кабеля (рис. 7);
  • деление экрана на секции и соединение секций через транспозиционные коробки (рис. 8);
  • деление экрана на не соединенные друг с другом секции, в каждой из которых экран заземлен только один раз (рис. 9).

Окончательный выбор способа борьбы с токами в экранах зависит от допустимого напряжения на изоляции экрана в расчетном случае. Если схема рис. 7 не обеспечивает условие UЭ UДОП, то приходится выбирать между рис. 8 и рис. 9. Следует отметить, что схема рис. 9б безопаснее для персонала, чем рис. 9а, и, кроме того, по концам кабеля уже есть заземляющие устройства, а на трассе кабеля их надо специально организовывать.
В схемах рис. 8, 9 необходимо предусматривать разделение экранов на то или иное число секций. Разумеется, предпочтение будет отдано тому способу обустройства экранов, который потребует меньшего числа секций.
В [1] для кабеля 110 кВ было показано, что в случае применения всего одного цикла транспозиции (две транспозиционные коробки, три секции экранов) при расчетном однофазном КЗ наводимое на экран напряжение снизится с 5,8 В до 0,195 В на каждый ампер тока жилы. Если бы для кабеля 110 кВ применялась схема типа рис. 9, то, чтобы достичь напряжения 0,195 В, пришлось бы разрезать экран на K = 5,8 / 0,195 = 30 секций (на рис. 9 показано всего К = 2 секции). Как видно, в кабелях 110–500 кВ транспозиция является наиболее простым решением по снижению токов в экранах.
Для кабеля 6–10 кВ при расчетном трехфазном КЗ наводимое на экран напряжение в случае применения N полных циклов транспозиции (на рис. 8 показано N = 1) составит:

а в случае деления экрана на K секций (экран надо разрезать K – 1 раз):

Для кабелей 6–10 кВ применение транспозиции (3N секций экранов) одинаково эффективно с простым делением экрана на K = 3N однократно заземленных секций. Применение дорогостоящих транспозиционных коробок, соединяющих соседние секции между собой, в сетях 6–10 кВ не обязательно.

ОДНОФАЗНОЕ ЗАМЫКАНИЕ НА ЗЕМЛЮ

Особым расчетным случаем для проверки токов и напряжений в экранах и в конечном счете выбора способа их заземления является однофазное повреждение изоляции в сети 6–10 кВ (однофазное замыкание на землю).
При возникновении однофазного замыкания на землю за кабелем (вблизи от нагрузки – рис. 10) весь емкостный ток сети IЕМК проходит по жиле соответствующего кабеля, создавая в его экране, заземленном по концам, ток, близкий по величине к IЕМК. Предположим, что в сети 6–10 кВ имеется большое число кабельных линий и ток IЕМК составляет десятки или даже сотни ампер, но при этом у каждого кабеля сравнительно малые сечения жилы и экрана (а значит, малые допустимые токи). Тогда за время устранения замыкания на землю, которое может составлять несколько часов, вероятен нерасчетный разогрев током IЕМК экрана того кабеля, за которым в сети имеется повреждение изоляции (на рис. 10 это КЛ 1).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При прокладке однофазных кабелей напряжением 6–10 кВ, как и однофазных кабелей 110–500 кВ, необходимо предъявлять повышенное внимание выбору способа заземления экранов и проводить соответствующие обосновывающие расчеты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дмитриев М.В., Евдокунин Г.А. Однофазные силовые кабели 6–500 кВ. Расчет заземления экранов // Новости ЭлектроТехники.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Источник



Выбор экрана кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена на термическую устойчивость

Кабель АПвП-10 кВ

В случае выбора кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена помимо проверки кабеля:

  • по нагреву расчетным током;
  • по термической стойкости к токам КЗ;
  • по потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах;

Также следует проверить экран кабеля из сшитого полиэтилена на термическую устойчивость.

Для проверки экрана кабеля рекомендую руководствоваться методикой представленной в: «Инструкциях и рекомендациях по прокладке, монтажу и эксплуатации кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6, 10, 15, 20 и 35 кВ » 2014г ОАО «Электрокабель» Кольчугинский завод, либо другой аналогичной методикой. Например у ЗАО «Завод «Южкабеля» г. Харьков (Украина) есть такая же методика.

Для расчета экрана кабеля нам понадобятся такие исходные данные:

  • трехфазный ток КЗ в максимальном режиме на шинах РУ-6(10) кВ;
  • время действия защиты с учетом полного отключения выключателя.

При этом должно выполняться условие:

  • Iд.э. кз – допустимый ток медного экрана;
  • I2ф(к.з.) – двухфазный ток КЗ. Для того чтобы получить двухфазный ток КЗ из трехфазного нужно умножить на √3/2.

Допустимый ток медного экрана определяется по таблице 12.

Допустимый ток медного экрана определяется по таблице 12

Пример выбора экрана кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена

Выберем экран кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена. Предварительно выберем кабель АПвП-10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена сечением 70 мм2 и с медным экраном 16 мм2: 3х70/16 мм2.

Исходные данные для расчета экрана кабеля, возьмем из предыдущей статьи: «Пример выбора кабеля на напряжение 10 кВ».

  • 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.

1. Так как продолжительность короткого замыкания отличается от 1 с, то нам нужно определить поправочный коэффициент по формуле:

K = 1/√t = 1/√0,345 = 1,69 c

где:
t = 0,345 с — продолжительность короткого замыкания, с.

2. Определяем допустимый ток медного экрана сечением 16 мм2:

Iд.э.кз = k*Sэ*K = 0,191*16*1,69 = 5,16 кА

3. Определяем двухфазный ток КЗ:

I2ф(к.з.) = √3/2* I3ф(к.з.) = 0,87*8,8 = 7,656 > 5,16 кА (условие не выполняется)

4. Определяем допустимый ток медного экрана сечением 25 мм2:

Iд.э.кз = k*Sэ*K = 0,191*25*1,69 = 8,1 кА > 7,656 кА (условие выполняется)

Принимаем кабель АПвП-10 кВ сечением 3х70/25 мм2.

Для удобства выполнения расчетов по выбору кабелей из сшитого полиэтилена и их экранов, я прикладываю данную методику. Для этого нужно скачать архив.

Если данная статья стала для Вас полезной, автор будет очень признателен, если Вы поделитесь данной статье в одной из социальных сетей.

Источник

Читайте также:  Изменение индукционного тока лабораторная работа