Выбор проводов, кабелей и шин для сетей до 1 кВ по допустимому нагреву

 

Электрические нагрузки характеризуются расчетным током. При длительной нагрузке проводника током неизменной величины установившееся превышение температуры

(5.1)

где – превышение температуры, используемой для расчета длительно допустимых токов нагрузки , указанных в ПУЭ [5], соответствует каталожным данным проводов и кабелей.

В таблице 5.1 указаны длительно допускаемые нагревы для жил проводников в условиях нормальной эксплуатации, максимальные превышения температуры , допускаемые в режиме короткого замыкания, а также кратковременно допускаемые нагревы в момент пиков нагрузки. В таблице 5.2 указаны расчетные температуры среды принятые по нормам для вычисления длительно допустимых нагрузок.

Таблица 5.1

Длительно допускаемые нагревы для жил проводников в условиях нормальной эксплуатации

Вид проводника	Длительно допустимый нагрев жил по нормам , °С	Допустимый кратковременный нагрев при перегрузках , °С	Максимально допустимые превышения температуры жил при токах короткого замыкания , °С
медный	алюминиевый	стальной*	медный	алюминиевый	стальной*	медный	алюминиевый	стальной*
Шины и голые провода			70/70			125/125			100/300
Кабели с бумажной пропитанной изоляцией:
до 3 кВ			-			-			-
6 кВ			-			-			-
10 кВ			-			-			-
20 кВ			-	-	-	-		-	-
35 кВ			-	-	-	-		-	-
Кабели и провода с резиновой изоляцией:
обычной			-			-			-
теплостойкой			-			-			-
Провода с полихлорвиниловой изоляцией			-	-	-	-			-

*Даны для двух случаев: непосредственно не соединенные с аппаратами (числитель); непосредственно соединенные с аппаратами (знаменатель).

 

Таблица 5.2

Расчетные температуры среды

Место прокладки проводника	Температура среды , °С
Открытая и защищенная прокладка проводов, кабелей и шин в воздухе внутри помещений
Один кабель с бумажной изоляцией при прокладке непосредственно в земле
Один кабель с бумажной изоляцией при прокладке в земле в трубах
Кабели с бумажной изоляцией (независимо от их числа) при прокладке в воде

 

По данным таблицы можно определить допускаемые превышения температуры

. (5.6)

При выборе электроустановок по нагреву электрическим током необходимо, чтобы фактически установившееся значение превышения температуры над температурой окружающей среды соответствовало допустимому значению . При этом условии обеспечивается безаварийная работа электроустановок. Поэтому в паспорте электроприемников, трансформаторов и генераторов электрических станций указывается значение номинальной (установленной) мощности, которая гарантирует сохранность их изоляции от перегрева. Для проводников электрической сети в ПУЭ [5] приводятся значения длительно допустимых токов, при которых гарантируется сохранность изоляции проводников.

Из формулы (5.5) длительно допустимая нагрузка

. (5.7)

В переходном режиме через любой интервал времени , отсчитанный от начального времени , превышение температуры проводника

, (5.8)

где – перегрев проводника в момент отсчета;

– постоянная времени нагрева проводника, мин и с.

При включении нагрузки в момент, когда , превышение температуры (рис. 5.6, кривая 1)

. (5.9)

Рис. 5.6. Кривые нагрева и охлаждения проводов и кабелей:

1– кривая охлаждения провода; 2 – кривая нагрева проводов в нормальном режиме работы; 3 – кривая нагрева проводов в повторно-кратковременном режиме.

 

При полном отключении нагрузки проводник охлаждается, его температура перегрева стремится к нулю (), если (рис. 5.6, кривая 2).

При прерывистой работе, характеризующей повторно-кратковременный режим, интервалы включения и отключения линии будут соответствовать режиму нагрева и охлаждения проводников и определяться ломаной кривой 3 и соответствующей ей кривой нагрева, которая лежит ниже кривой 1. Следовательно, при повторно-кратковременном режиме допустимая токовая нагрузка на провода и кабели повышается.

Данные постоянной времени нагрева для наиболее распространенных медных проводников и способов их прокладки приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3

Постоянные времени нагрева проводов

Сечение медной жилы, мм2	Постоянные времени нагрева проводов с резиновой изоляцией, мин	Постоянные времени нагрева трехжильных бронированных кабелей с бумажной изоляцией на 1-3 кВ, мин
одножильных, проложенных открыто на опорах	количество проводов, проложенных в одной трубе
два	три	четыре	при прокладке в земле	при прокладке в воздухе
	2,4	2,50	3,00	4,00	6,0	18,0
	3,0	4,00	4,75	6,25	7,2	19,1
	4,2	6,75	7,50	9,50	8,4	20,6
	5,6	9,30	11,00	13,70	10,8	21,6
	7,2	13,00	15,70	19,50	12,0	26,4
	9,0	15,70	19,50	24,00	14,4	28,8
	12,0	19,00	23,50	28,30	18,0	32,4
	15,0	22,00	27,50	33,00	21,6	37,2
	18,4	26,30	32,00	37,50	26,4	43,0
	21,4	29,50	35,80	42,00	30,0	48,0
	24,4	33,50	42,00	47,00	34,7	53,0
	-	-	-	-	40,0	60,0
	-	-	-	-	45,0	90,0

 

Значения длительно допустимых токовых нагрузок для проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами приведены в [5].

В повторно-кратковременном режиме работы при токе с ПВ<40 % и сечениях медных проводов более 10 мм², а алюминиевых – более 6 мм² рекомендуется заменять ток на ток расчетной длительной нагрузки

. (5.10)

Допускается кратковременная перегрузка кабелей, проложенных в земле, в пределах 1,2-1,35 от номинальной нагрузки в течение 0,5 ч, если коэффициент предварительной загрузки составлял 0,6-0,8, и кратковременная перегрузка в аварийных режимах в пределах 1,35-1,5 в течение 1 ч при тех же условиях.

Сечение проводов и кабелей для напряжения до 1 кВ по условию нагрева можно определить из таблиц [5], в зависимости от расчетного значения длительно допустимой токовой нагрузки при нормальных условиях прокладки – из двух соотношений:

по условию нагрева длительным расчетным током

; (5.11)

по условию соответствия выбранному аппарату максимально-токовой защиты

; (5.12)

где – поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей;

– коэффициент (кратность) защиты, т. е. отношение длительно допустимого тока для провода или кабеля к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата;

– номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата, А.

Таблица 5.4

Коэффициенты защиты для сетей

Наименование	Коэффициенты защиты или кратность длительно допустимых токов для сетей
требующих обязательной защиты от перегрузки	не требующих защиты от перегрузки
провода с резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией	кабели с бумажной изоляцией
взрыво- и пожароопасные помещения, жилые, торговые помещения и т.п.	невзрыво- и непожароопасные производственные помещения промышленных предприятий
Номинальный ток плавкой вставки предохранителей	1,25	1,00	1,00	0,33
Ток уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель	1,25	1,00	1,00	0,22
Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависимой от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки)	1,00	1,00	1,00	1,00
Ток трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой от тока характеристикой (при наличии на автоматическом выключателе отсечки ее кратность тока не ограничивается)	1,00	1,00	1,00	0,66

При номинальных условиях прокладки .

Значения определяют из таблицы 5.4. в зависимости от назначения принятого вида защиты, характера сети, изоляции проводов, кабелей и условий их прокладки.

Сечение проводов и кабелей напряжением до 1 кВ определяется условиями нагрева в зависимости от расчетного значения допустимой длительной нагрузки при нормальных условиях прокладки. По условию выбора сечения с учетом длительного тока нагрузки используют условие

; (5.13)

где – допустимый ток на стандартное сечение проводника, А, таблицы [5].