Проверка выбранного сечения кабеля по допустимой потере напряжения
Цель работы
Научиться проверять выбранное сечение кабеля линии электропередач по допустимой потере напряжения.
Краткие теоретические сведения
Потеря напряжения обусловлена падением напряжения в кабелях, соединяющих источник тока с потребителем. Она не должна превышать 10% номинального напряжения источника электропитания. Сечение кабелей по потере напряжения проверяют при проектировании электрических сетей, питающих электроприёмники промышленных предприятий, транспорта, крупных жилых и общественных зданий и т. п.
Наилучшие условия эксплуатации электроприемников были бы при номинальном напряжении на их зажимах, но на практике это невыполнимо, так как кабели обладают некоторым сопротивлением и при протекании по ним электрического тока происходит потеря напряжения, поэтому напряжение в конце линии будет ниже, чем в начале. Повышение или снижение напряжения на зажимах электроприемника, по сравнению с номинальным, приводит к ухудшению его работы.
Например, для промышленного предприятия значительное повышение напряжения в осветительной сети связано с экономическим ущербом из-за необходимости частой смены перегоревших ламп. Пониженное, по сравнению с номинальным, напряжение в осветительной сети промышленного предприятия может послужить причиной снижения производительности труда из-за недостаточной освещенности рабочих поверхностей.
Задание
Проверить выбранное сечение кабеля линии электропередач по допустимой потере напряжения.
Проанализировать проделанную работу.
Необходимые данные для расчёта берутся из предыдущей практической работы №1. При выборе индуктивного сопротивления голых проводов принять среднее геометрическое расстояние между проводами для вариантов №1-5 – 2000 мм, для вариантов №6-0 – 2500 мм.
Порядок выполнения расчёта
Сечение проводников линий электропередачи должно быть таким, чтобы потеря напряжения в линиях не превышала установленные пределы. Допустимая потеря напряжение в линии электропередач питающей тяговые подстанции составляет 10% от Uн.
Потеря напряжения в линии ∆U, В, определяется по формулам
(4)
где Iрн — расчётный ток в линии в нормальном режиме, А;
R — активное сопротивление линии от источника питания до точки короткого замыкания, Ом;
Х — индуктивное сопротивлении линии от источника питания до точки короткого замыкания, Ом;
cosφ, sinφ — коэффициенты мощности.
Расчётный ток в линии в нормальном режиме Iрн, А, определяется по формуле
(5)
где nк — количество кабелей в линии, шт.
Активное сопротивление линии R, Ом, определяется по формуле
(6)
где Rо — удельное активное сопротивление линии, Ом/км;
l — длина линии электропередач, км.
Индуктивное сопротивление линии Х, Ом, определяется по формуле
(7)
где Хо — удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км.
Удельное активное сопротивление линии зависит от материала, сечения и длинны линии. Удельное индуктивное сопротивление проводов воздушной линии также зависит от способа подвески и для его определения вводят среднее геометрическое расстоянии между проводами.
Активные сопротивления для проводов и кабелей представлены в таблице 7.
Таблица 7 – Активные сопротивления для проводов и кабелей
| Сечение токоведущей жилы, мм 2 | Активные сопротивления для проводов и кабелей, Ом/км | Сечение токоведущей жилы, мм 2 | Активные сопротивления для проводов и кабелей, Ом/км | |
| медные | алюминиевые | медные | алюминиевые | |
| 4,56 | 7,90 | 0,28 | 0,46 | |
| 3,06 | 5,26 | 0,20 | 0,34 | |
| 1,84 | 3,16 | 0,158 | 0,27 | |
| 1,20 | 1,98 | 0,123 | 0,21 | |
| 0,74 | 1,28 | 0,103 | 0,17 | |
| 0,54 | 0,92 | 0,170 | 0,132 | |
| 0,39 | 0,64 | — | — | — |
Индуктивные сопротивления для проводов и кабелей представлены в таблице 8.
Таблица 8 – Индуктивные сопротивления для проводов и кабелей
| Сечение токоведущей жилы, мм 2 | Индуктивные сопротивления для проводов и кабелей, Ом/км, при прокладке | ||||||
| в воздухе | в земле | ||||||
| до 1 кВ | 6-10 кВ | 35 кВ | до 1 кВ | 6 кВ | 10 кВ | 35 кВ | |
| 4-6 | — | — | — | 0,08 | — | — | — |
| 10-25 | 0,36 | 0,41 | — | 0,07 | 0,10 | 0,11 | — |
| 35-70 | 0,33 | 0,38 | 0,42 | 0,06 | 0,08 | 0,09 | — |
| 95-120 | 0,30 | 0,35 | 0,40 | 0,06 | 0,08 | 0,08 | 0,12 |
| 150-240 | — | — | — | 0,06 | 0,08 | 0,08 | 0,11 |
Активные и индуктивные сопротивления для голых проводов представлены в таблице 9.
Таблица 9 – Активные и индуктивные сопротивления для голых проводов
| Сечение токоведущей жилы, мм2 | Активные сопротивления проводов, Ом/км | Индуктивные сопротивления для голых проводов при среднем геометрическом расстоянии между проводами (мм), Ом/км | ||||||||
| Алюминиевые провода А | ||||||||||
| 1,98 | 0,332 | 0,358 | 0,377 | 0,391 | — | — | — | — | — | — |
| 1,28 | 0,318 | 0,345 | 0,363 | 0,377 | 0,402 | 0,421 | — | — | — | — |
| 0,92 | 0,312 | 0,326 | 0,352 | 0,366 | 0,391 | 0,410 | — | — | — | — |
| 0,64 | 0,297 | 0,325 | 0,341 | 0,355 | 0,380 | 0,398 | 0,413 | 0,423 | 0,442 | — |
| 0,46 | 0,283 | 0,315 | 0,331 | 0,345 | 0,370 | 0,388 | 0,402 | 0,413 | 0,431 | — |
| 0,34 | 0,277 | 0,315 | 0,319 | 0,333 | 0,58 | 0,377 | 0,393 | 0,402 | 0,421 | — |
| 0,27 | 0,270 | 0,297 | 0,313 | 0,327 | 0,352 | 0,371 | 0,385 | 0,396 | 0,414 | — |
| 0,21 | — | — | 0,305 | 0,315 | 0,344 | 0,363 | 0,376 | 0,388 | 0,406 | 0,422 |
| 0,17 | — | — | 0,298 | 0,311 | 0,339 | 0,355 | 0,370 | 0,382 | 0,399 | 0,416 |
| 0,132 | — | — | — | 0,304 | 0,329 | 0,347 | 0,351 | 0,372 | 0,391 | 0,406 |
| Сталеалюминевые провода АС | ||||||||||
| 3,12 | 0,342 | 0,368 | 0,384 | 0,398 | 0,424 | 0,442 | — | — | — | — |
| 2,06 | 0,318 | 0,354 | 0,371 | 0,385 | 0,410 | 0,428 | 0,442 | — | — | — |
| 1,38 | 0,316 | 0,342 | 0,357 | 0,371 | 0,397 | 0,415 | 0,429 | 0,440 | — | — |
| 0,85 | 0,301 | 0,327 | 0,345 | 0,359 | 0,385 | 0,403 | 0,417 | 0,428 | 0,446 | — |
| 0,65 | 0,292 | 0,319 | 0,337 | 0,351 | 0,376 | 0,394 | 0,408 | 0,420 | 0,438 | — |
| 0,46 | — | — | 0,326 | 0,340 | 0,365 | 0,383 | 0,397 | 0,409 | 0,427 | 0,441 |
| 0,33 | — | — | 0,315 | 0,329 | 0,355 | 0,373 | 0,387 | 0,398 | 0,416 | 0,430 |
| 0,27 | — | — | — | 0,322 | 0,347 | 0,365 | 0,379 | 0,391 | 0,409 | 0,423 |
| 0,21 | — | — | — | — | — | 0,358 | 0,372 | 0,383 | 0,402 | 0,416 |
| 0,17 | — | — | — | — | — | — | — | 0,378 | 0,396 | 0,410 |
| 0,132 | — | — | — | — | — | — | — | 0,369 | 0,387 | 0,401 |
Пример выполнения расчёта
Необходимые данные для расчёта берутся из предыдущей практической работы №1.
При выборе индуктивного сопротивления голых проводов принять среднее геометрическое расстояние между проводами 2000 мм.
Для кабельной линии в земле выбран кабель АСБ 3х50, Iдоп = 140 А.
Активные сопротивления кабелей и проводов представлены в таблице 7.
Индуктивные сопротивления кабелей и проводов представлены в таблице 8.
Для кабельной линии в земле выбран кабель АСБ 3х50, Iдоп = 140 А, R0 = 0,64 Ом/км, Х0 = 0,09 Ом/км.
Активное сопротивление линии
Индуктивное сопротивление линии
Расчётный ток в линии в нормальном режиме
Потеря напряжения в линии
Потеря напряжения в линии не превышает допустимую потерю напряжения.
Для воздушной линии выбран провод АС-10, Iдоп = 84 А.
Активные и индуктивные сопротивления голых проводов представлены в таблице 9.
Для воздушной линии выбран провод АС-10, Iдоп = 84 А, R0 = 3,12 Ом/км, Х0 = 0,442 Ом/км при среднем геометрическом расстоянии между проводами 2000 мм.
Активное сопротивление линии
Индуктивное сопротивление линии
Расчётный ток в линии в нормальном режиме
Потеря напряжения в линии
Потеря напряжения в линии превышает допустимую потерю напряжения, выбираем провод АС-16, Iдоп = 111 А, R0 = 2,06 Ом/км, Х0 = 0,428 Ом/км.
Активное сопротивление линии
Индуктивное сопротивление линии
Потеря напряжения в линии
Потеря напряжения в линии не превышает допустимую потерю напряжения.
По результатам расчёта практической работы выбранный для кабельной линии в земле кабель АСБ 3х50, Iдоп = 140 А не превышает допустимую потерю напряжения, для воздушной линии провод АС-10, Iдоп = 784 А превышает допустимую потерю напряжения, поэтому был выбран провод АС-16, Iдоп = 111 А.
Контрольные вопросы
1.К чему приводит отклонение напряжения на зажимах электроприёмника от номинального значения?
2.От чего зависит потеря напряжения в кабелях?
3.Как осуществляется проверка кабеля по допустимой потере напряжения?
Источник
Выбор сечения кабеля на напряжение до 1000 В
Выбор сечения кабеля на напряжение до 1000 В независимо это электродвигатель или другая нагрузка. Сводится к определению длительно допустимых токов, то есть подбирается такое сечение кабеля, которое позволяет выдерживать длительно расчетные токи для заданного участка, без нанесения ущерба кабелю. Значения допустимых длительных токов для кабелей и проводов указаны в ПУЭ таблицы 1.3.4 – 1.3.30, ГОСТ 31996-2012, либо использовать каталожные данные завода-изготовителя.
Длительно допустимый ток:
При выборе сечения кабеля нужно учитывать поправочные коэффициенты на землю и воздух при прокладке кабеля, см ПУЭ таблицы 1.3.3, 1.3.23, 1.3.26.
Определение фактического длительно допустимого тока с учетом поправочных коэффициентов в соответствии с ПУЭ определяется по формуле:
- Iд.т. – длительно допустимый ток для выбранного сечения кабеля, выбирается по ГОСТ 31996-2012 или определяется по каталогам завода-изготовителя.
- k1 – поправочный коэффициент учитывающий температуру среды отличающуюся от расчетной, выбирается по таблице 1.3.3 ПУЭ.
- k2 – поправочный коэффициент, который учитывает удельное сопротивление почвы (с учетом геологических изысканий), выбирается по ПУЭ таблица 1.3.23.
- k3 – поправочный коэффициент, учитывающий снижение токовой нагрузки при числе работающих кабелей в одной траншее (в трубах или без труб), выбирается по ПУЭ таблица 1.3.26.
При этом должно выполняться условие:
Проверка сечения по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защите:
Сечение кабеля (провода), по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защите, определяется по формуле:
- Iзащ. – ток уставки при котором срабатывает защитный аппарат;
- kзащ. – коэффициент кратности длительно допустимого тока кабеля (провода) к току срабатывания защитного аппарата.
Данные значения Iзащ. и kзащ. Можно определить по таблице 8.7 [Л5. с. 207].
Проверка сечения на механическую прочность
Выбранное сечение кабеля (провода) должно быть не менее приведенного в ПУЭ таблица 2.1.1.
Проверка сечения по потере напряжения
После того как Вы выбрали сечение кабеля по длительно допустимому току, нужно проверить кабель на допустимые потери напряжения. То есть отклонение напряжения присоединенного к этой сети токоприемников не выходило за пределы допустимого.
Согласно нормам допускаются следующие пределы отклонений напряжения на зажимах токоприемников [Л1. с 144].
Потеря напряжения ∆U для трехфазной линии определяется по формулам [Л1. с 144]:
1. В конце линии присоединена одна нагрузка:
2. По длине линии присоединено несколько (n) нагрузок:
- Iрасч. – расчетный ток, А;
- L – длина участка, км;
- cosφ – коэффициент мощности;
- r0 и x0 — значения активных и реактивных сопротивлений определяем по таблице 2-5 [Л2.с 48].
Потерю напряжения ∆U для трехфазной линии, можно определить по упрощенным формулам:
1. В конце линии присоединена одна нагрузка:
2. По длине линии присоединено несколько (n) нагрузок:
- Р –расчетный мощность, Вт;
- L – длина участка, м;
- U – напряжение, В;
- γ – удельная электрическая проводимость провода, м/Ом*мм2;
- для меди γ = 57 м/Ом*мм2;
- для алюминия γ = 31,7 м/Ом*мм2;
Потерю напряжения ∆U для постоянного и однофазного переменного тока, можно определить по упрощенным формулам:
1. В конце линии присоединена одна нагрузка:
2. По длине линии присоединено несколько (n) нагрузок:
где:
s – сечение кабеля, мм2;
1. Справочная книга электрика. Под общей редакцией В.И. Григорьева. 2004 г.
2. Проектирование кабельных сетей и проводок. Хромченко Г.Е. 1980 г.
3. ГОСТ 31996-2012 Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66, 1 и 3 кВ.
4. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.
5. Расчет и проектирование систем электроснабжения объектов и установок. Издательство ТПУ. Томск 2006 г.
Источник
