Выбор сечения провода по нагреву и потерям напряжения
|
| |||||||||||||||||||||
|
| |||||||||||||||||||||
Внимание!
Перед использованием таблицы расчета, просим внимательно прочитать нижеприведенные рекомендации и принципы расчетов. Будьте внимательны при внесении исходных данных и проверяйте все поля ввода и выбора данных.
Полученные результаты носят рекомендательный характер и должны быть проверены по методикам, принятым на Вашем предприятии!
В случае расхождения результатов просим сообщить комбинацию входных данных и полученные результаты для выработки общей методологии на электронный адрес mail@electromirbel.ru или miroshko@i.com.ua .
Возможности программы:
- Подбор сечения кабеля и провода в зависимости от нагрузки (исходными данными является сила тока или мощность), от потерь напряжения и нагрева.
- Расчет максимальной нагрузки кабеля и провода заданного сечения.
- Расчет потерь и максимальных параметров линии.
- Подбор автоматического выключателя для заданной нагрузки потребителя и для всей линии.
Задавать потребляемую мощность для двигателя рекомендуется только тогда, когда неизвестен потребляемый ток. Соотношения между напряжением, током и мощностью в однофазной (фаза-ноль) и двухфазной (фаза-фаза) цепях:
P = U * I * cos(φ)
в трехфазной цепи:
P = √3 * U * I * cos(φ)
Коэффициент запаса применяется для тока и является общим для расчета по тепловым нагрузкам и по потерям. 1.3 — рекомендуемое значение. Для ответственных участков он должен быть увеличен, для неответственных — может быть уменьшен. Сечение выбирается для тока с запасом, все остальные расчеты ведутся по номинальному току.
Если количество одновременно нагруженных проводников , проложенных в трубах , кабельных каналах , а также в лотках пучками, будет более четырех, то табличные значения максимального тока умножаются на поправочный коэффициенты: 0.68 при 5 и 6 проводниках, 0.63 — при 7-9, 0.6 — при 10-12. Сечения выбираются с учетом действия этого коэффициента. Результирующий ток выводится в колонке результатов как Imax для полученных сечений и представляет для выбранного проводника при выборе по нагреву максимальный ток по нагреву, при выборе по потерям и при паритете — максимальный по потерям, но не выше тока по нагреву.
Тепловые нагрузки приняты из расчета нагрева жил до 65°С при температуре окружающей среды +25 ° С.
При определении количества проводов , прокладываемых в одной трубе, нулевой рабочий провод четырехпроводной системы трехфазного тока (или заземляющий провод) в расчет не входит. Однофазные и двухфазные потребители питаются по двум проводам.
Поле учета температуры среды , основано на таблице 1.3.3 ПУЭ , которая применяется к другим видам кабелей. Однако учет этого параметра представляется благоразумным и для рассматриваемых видов. Если Вы считаете такую коррекцию излишней, то оставьте в этом поле значение «Авто» и оно не будет оказывать влияние на результат.
Тепловой расчет ведется на основании таблиц ПУЭ и ГОСТ 16442-80:
ПУЭ,1.3.4. «Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами»,
ПУЭ,1.3.5. «Допустимый длительный ток для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами»,
ПУЭ, Таблица 1.3.6. «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»,
ПУЭ, Таблица 1.3.7. «Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных»,
ПУЭ, Таблица 1.3.8. «Допустимый длительный ток для переносных шланговых легких и средних шнуров, переносных шланговых тяжелых кабелей, шахтных гибких шланговых, прожекторных кабелей и переносных проводов с медными жилами»,
ГОСТ 16442-80, Таблица 23. «Допустимые токовые нагрузки кабелей [с медными жилами] с изоляцией из полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката, А»,
ГОСТ 16442-80, Таблица 24. «Допустимые токовые нагрузки кабелей [с алюминиевыми жилами] с изоляцией из полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката, А».
Расчет по потерям ведется из расчета потерь на активном сопротивлении провода. Сечение и максимальная длина выбирается для тока с запасом, расчет потерь ведется по номинальному току. Максимально допустимое значение потерь указано в паспорте потребителя. Типовое значение — «-10%», рекомендуемое для расчетов — «-5%», для компрессоров кондиционеров допустимое значение потерь — «-2%».
Потери в одно- и двухфазных цепях (потери на обоих проводах):
Δ[%] = (2 * I * L * ρ * 100) / (U * S)
в трехфазной (потери на одном (фазном) проводе):
Δ[%] = (I * L * ρ * 100) / (U * S)
В формулах приняты следующие обозначения:
I — ток в линии, А
U — номинальное напряжение, В
Δ[%] — потери напряжения на проводнике, %
L — длина линии в одном направлении, м
S — сечение проводника, мм 2
ρ — удельное сопротивление материала проводника, ом*мм 2 /м
cos(φ) — косинус сдвига фаз между током и напряжением, б/р
В случае, если на трассе имеются разнородные по виду проводки участки, расчет ведется по участку, расположенному в меню выше.
Токи для кабелей и шнуров малых сечений, отсутствующие в таблице в ПУЭ , получены путем экстраполяции.
При вводе пользователем рабочего напряжения автовыбор при смене фазности для потребителей «Двигатель» и «ТЭН, лампа» отменяется. Признаком введения напряжения и косинуса фи пользователем является отсутствие пробела перед значением и/или отличие от стандартных значений. Для возврата к автовыбору необходимо выбрать потребителя с указанным напряжением питания или вставить в поле ввода напряжения значений «400», «230» или «12».
При вводе тока нагрузки или мощности тот параметр, против которого нажата радиокнопка остается неизменным при изменении других влияющих на результат данных, таких как напряжение, косинус фи, фазность.
При проверке кабеля заданного сечения , находится ток через него, удовлетворяющий обоим условиям: при потерях меньше заданных — по нагреву, при равенстве — паритет. При потерях, превышающих заданные вычисляется ток, при котором потери остаются в допуске. При любом заданном сечении выбор по нагреву ведется только в пределах таблицы. Промежуточные сечения, т.е. не представленные в таблице по нагреву приводятся к ближайшему меньшему значению, по потерям принимаются равными введенным.
При проверке кабеля заданного сечения , коэффициент запаса применяется для снижения максимально допустимого тока, а длина трассы остается заданной. Потери вычисляются для заданной длины и максимально допустимого тока с запасом.
В режиме » Расчет потерь и максимальных параметров линии « программа вычисляет длины и потери по фактически введенным значениям сечения или диаметра, а тепловую нагрзку — по ближайшему меньшему сечению. Параметры, которые превышают допустимые, выводятся красным цветом.
Накопительные потери рассчитываются для нагрузок, которые включены в одну линию и распределены по ее длине. Для добавления потерь участка в общий результат нажмите кнопку «Добавить». Для исключения последней строки из общего результата — нажмите «Удалить». В таблице в колонку в колонку «I» заносится ток узла (сумма токов последующих узлов), во все остальные колонки — данные для указанного узла. Колонка «L» содержат длины каждого сегмента, «%» — реальные потери в каждом сегменте.
Ввод данных начинается с первого узла, последующие добавляются по мере необходимости.
Расчеты ведутся с определенной точностью и округляются, поэтому проходы вперед и назад в общем случае не абсолютно равны. Для обнуления результата нажмите кнопку «Сброс». Сброс также производится, когда откат достигает нулевого узла.
Lost(%) = ((U0-Ui)/U0)*100
Номинал автоматического выключателя выбирается по одному из критериев:
- «Автомат по линии» — номинал автомата защиты берется ближайший меньший от максимально допустимого тока для проводника данного сечения. Если этот номинал ниже заданного рабочего тока нагрузки, то считается, что для данной комбинации сечения и нагрузки подобрать автомат нельзя.
- «Автомат по нагрузке» — номинал автомата защиты берется ближайший больший от заданного тока нагрузки. Если этот номинал выше максимально допустимого тока для проводника данного сечения, то считается, что для данной комбинации сечения и нагрузки подобрать автомат нельзя.
Попробуйте изменить коэффициент запаса, произведите расчеты в других режимах и/или для проводника следующего стандартного сечения или, ориентируясь на полученные токи, выберите автомат самостоятельно.
Характеристика автомата выбирается «B» для потребителей с cos(φ)=1 и «C» если он меньше 1.
Если у Вас двигатель с тяжелым режимом пуска, самостоятельно выберите характеристику «D».
Полюсность автомата выбирается по фазности линии: «1р» — для однофазной нагрузки, «2р» — для нагрузки, подключенной к двум фазам, «3р» — для трехфазной нагрузки. Если Вам нужно отключать и ноль, то добавьте один полюс — «+N» — самостоятельно.
Расчет сопротивления ведется для одного проводника при трехфазной сети и для двух проводников для двух- и однофазной сетей.
Последнее изменение 22.10.2013 г.
Компания «Электромир» выражает благодарность в предоставлении данной формы Мирошко Леониду leonid@climate.com.ua
Данная версия также доступна на странице http://miroshko.kiev.ua/wiresel/wiresel_mini.html
Понравилась эта страница? Поделись ссылочкой с друзьями:
Источник
Нагревание проводов током и потери электроэнергии
Тепловое действие электрического тока играет в электротехнике двоякую роль. С одной стороны, способность электроэнергии легко преобразовываться в тепловую энергию широко используют в различных областях народного хозяйства для устройства электрических печей и нагревательных приборов. В частности, на строительстве при работах в зимнее время применяют электропрогрев бетона и замерзшего грунта, электроотогрев замерзших трубопроводов (с использованием переменного тока), сушку штукатурки электролампами и электровоздуходувками. С другой стороны, нагрев током проводов при передаче электрической энергии и нагрев обмоток электрических машин при их работе представляет собой отрицательное явление, так как создает бесполезные затраты — потери электрической энергии, а при чрезмерной загрузке проводов током грозит преждевременным выходом из строя электроизоляции проводов и пожаром.
При работе любой электроустановки нагрев проводов током вызывает, как уже отмечалось, потери электрической энергии, размер которых определяется в соответствии с законом Джоуля—Ленца. В частности, потери электроэнергии ∆А (Вт ч) и электрической мощности ∆Р (Вт) при передаче энергии постоянным током определяют по следующим формулам:
где I — сила тока, протекающего по проводам, A; R — сопротивление одного провода, Ом; t — время протекания тока, ч.
Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной
Индукции
Если поместить замкнутый проводник в изменяющееся магнитное поле, то в нем будет наводится электрический ток, называемый индукционным (наведенным). Причиной возникновения тока является сила Лоренца, выполняющая роль сторонней силы, приводящей заряженные частицы (электроны) в направленное движение. Все это приводит к понятию электродвижущей силы индукции:
| (1.9) |
Электродвижущая сила, возникающая в проводнике, вокруг которого изменяется магнитное поле, пропорциональна скорости изменения магнитного потока.
Индуцированный ток в проводнике, помещенном в изменяющееся магнитное поле, всегда имеет такое направление, что магнитное поле индуцированного тока всегда препятствует изменению магнитного поля, вызвавшего этот ток (Правило Ленца).
Источник
Нагревание и охлаждение кабеля
При изменении тока нагрузки или условий охлаждения кабеля температура его изменяется. Весь процесс нагревания происходит в три стадии. Первая стадия — переходный режим, при котором зависимость температуры от времени выражается суммой экспоненциальных функций. Этот режим длится, как правило, всего несколько десятков секунд. Вторая стадия — регулярный режим, наступающий через несколько минут после начала процесса. При нагреве или охлаждении кабеля экспоненты высших порядков становятся весьма малыми и уравнение нагрева выражается простой экспоненциальной функцией
где tуст — установившаяся температура, °С; τ — βремя нагрева °С; Г — постоянная времени — время, необходимое для нагрева кабеля до максимально допустимой температуры, соответствующей нормальному току нагрузки цри отсутствии отдачи тепла в окружающую среду.
Нагрев кабеля происходит тем медленнее, чем больше постоянная времени Т, и наоборот. Постоянная времени для кабелей, прокладываемых в воздухе,
а для кабелей, прокладываемых в земле,
где сж, сиз, сиз и спокр — удельные теплоемкости жилы, изоляции, оболочки и защитных покровов (табл. 4-1).
При одинаковой теплоотдаче с поверхности токопроводящей жилы нагрев происходит тем медленнее, чем больше теплоемкость кабеля. Поэтому кабель, имеющий малую теплоемкость, нагревается быстрее, чем кабель, обладающий большой теплоемкостью, при одинаковых условиях теплоотдачи.
Третья стадия — стационарное состояние (установившийся режим) кабеля, при котором температура во всех точках его со временем не изменяется. Однако во время работы нагрузка может периодически изменяться. Если генерируемое в кабеле тепло больше отводимого, то кабель нагревается и его температура повышается. Если же потери в окружающую среду превышают выделение тепла, то кабель охлаждается и его температура понижается.
Изменение температуры кабеля, проложенного в земле, иногда продолжается в течение нескольких недель после включения кабеля под нагрузку. Если продолжительность нагрева невелика, то можно применять приближенные методы расчета, основанные на предположении, что температура оболочки равна температуре грунта. Если это время достаточно велико, то скорость нагревания кабеля определяется в основном тепловой инерцией грунта, а теплоемкость кабеля играет несущественную роль. При прерывистой нагрузке, когда кабель подвергается охлаждению, максимальная температура нагрева достигается при более высокой нагрузке.
Повышение температуры выше допустимых значений ведет к химическому разложению бумажной изоляции и резкому снижению ее механической прочности. Разложение непропитанной кабельной бумаги в воздухе начинается при температуре выше 130°С. Разложение пропиточного масло-канифольного состава в воздухе начинается при температуре 175°С, а возгорание его паров происходит при температуре 325°С. При длительном нахождении кабеля при повышенной температуре изоляция кабеля становится хрупкой. На величину пробивного напряжения это увеличение хрупкости не влияет, но при перегибах или передвижении кабеля хрупкая изоляция легко повреждается, в результате чего может произойти ее пробой.
Пластмассы и резина при повышении температуры выше рабочей размягчаются, а при дальнейшем ее повышении плавятся. С увеличением температуры диэлектрические потери в изоляции возрастают примерно по экспоненциальной зависимости. Поэтому в кабелях на напряжение 110 кв и выше диэлектрические потери не только ограничивают допустимый ток нагрузки, но могут привести к тепловому пробою. Диаграмма тепловой неустойчивости одножильного кабеля представлена на рис. 4-6. По оси абсцисс отложена температура оболочкой кабеля Тоб, а по оси ординат — суммарные потери в жиле, изоляции, оболочке и броне, а также потери, отводимые от оболочки в окружающую среду р. Кривая на рис. 4-6 соответствует зависимости суммарных потерь в кабеле от температуры. Точка а на кривой соответствует устойчивому тепловому режиму нагревания оболочки до температуры Т1. При случайном увеличении температуры оболочки кабеля теплоотдача возрастает быстрее, чем происходит выделение тепла, и температура оболочки возвращается в исходное состояние (Т). Ори случайном уменьшении температуры оболочки выделение тепла возрастает сильнее теплоотдачи и температура оболочки принимает исходное значение.
Точка б (нагревание оболочки до температуры Т2) соответствует неустойчивому тепловому режиму. Если прямая 2 касается кривой T, то точка в является точкой неустойчивого равновесия, и такое расположение является критерием возможного перехода кабеля к тепловому пробою. Наступает это из-за увеличения внешнего теплового сопротивления по сравнению с расчетным до величины, соответствующей тепловому пробою (на рис. 4-6 увеличивается tgα), увеличения температуры окружающей среды Го сравнительно с расчетной (прямая 2 смещается вправо) и увеличения тока нагрузки сравнительно с нормальным (кривая смещается вверх). Для построения Диаграммы тепловой неустойчивости кабеля задаются несколькими значениями температуры жилы при заданной нагрузке кабеля и, разделив изоляцию на п слоев, строят кривую тепловыделения в кабеле в зависимости от температуры оболочки.
Источник
