Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

4-5. Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

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.

Таблица 4-2.

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

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

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

и при переменном токе

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

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

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

Диэлектрические потери в изоляции кабеля

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

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

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

Допустимый ток нагрузки одножильного кабеля

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

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:

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

Допустимый ток нагрузки этого кабеля

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

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

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

Допустимый ток нагрузки

Расчет кабеля на допустимые токи 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,

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

откуда допустимый ток нагрузки кабеля при прокладке в воздухе

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

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:

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

Тепловую постоянную при коэффициенте нагрузки 50% можно вычислить по формуле

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

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

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

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

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

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

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

Установившаяся температура от тока перегрузки Iпер

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

Установившаяся температура от тока нагрузки

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

Допустимый ток перегрузки для заданного времени

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

Зарядный ток трехжильных кабелей с поясной изоляцией

Расчет кабеля на допустимые токи нагрузки

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.