Расчет конструкции силового кабеля с секторными жилами

В силовых кабелях большого сечения жилы, как правило, используют не круглого, а секторного сечения. В зависимости от назначения кабеля он может содержать 3 или 4 жилы. В которых 3 жилы содержит кабель 6 — 10 кВ (фазы А, В, С), а 4 жилы кабель до 1 кВ (те же А, В, С и нейтраль N). Соответственно, для эффективного заполнения объёма кабеля геометрия секторных жил для высоковольтных и низковольтных кабелей разная.

Секторные жилы (высоковольтный — 3, низковольтный — 4)

Определить геометрическое сечение секторной жилы можно разными способами: по таблицам, из площади сектора, из объёма отрезка жилы и по весу.

Таблицы определения сечения секторных жил

В настоящее время в Интернет распространены две таблицы соотношений сечений и геометрических размеров кабельных жил. Во многом они похожи, но есть и расхождения. Вероятнее всего эти таблицы составлены путём непосредственных измерений ширины и толщины.

Таблица 1

Назначение и конструкция кабеля	Высота h ширина b	35	50	70	95	120	150	185	240
Назначение и конструкция кабеля	Высота h ширина b	Высота и ширина сектора, для жил сечением, мм²
Трехжильные однопроволочные, 1-10 кВ	h, мм	5,5	6,4	7,6	9	10,1	11,3	12,5	14,4
Трехжильные однопроволочные, 1-10 кВ	b, мм	9,2	10,5	12,5	15	16,6	18,4	20,7	23,8
Трехжильные многопроволочные, 1-10 кВ	h, мм	6	7	9	10	11	12	13,2	15,2
Трехжильные многопроволочные, 1-10 кВ	b, мм	10	12	14	16	18	20	22	25
Четырехжильные однопроволочные, 1 кВ	h, мм	—	7	8,2	9,6	10,8	12	13,2	—
Четырехжильные однопроволочные, 1 кВ	b, мм	—	10	12	14,1	16	18	18	—

Таблица 2

Секторные жилы для 3-х жильных кабелей					Секторные жилы для 4-х жильных кабелей
Номинальное сечение S, мм²	Однопровол.		Многопровол.		Номинальное сечение S, мм²	Однопровол.		Многопровол.
Номинальное сечение S, мм²	h, мм	b, мм	h, мм	b, мм	Номинальное сечение S, мм²	h, мм	b, мм	h, мм	b, мм
25	4,6	7,7	•	•	25	5,2	7,2	•	•
35	5,5	9,0	•	•	35	6,1	8,4	•	•
50	6,4	10,5	•	•	50	7,1	9,8	•	•
70	7,6	12,5	8,3	13,0	70	8,7	12,0	9,2	12,0
95	9,0	14,8	9,8	15,5	95	10,1	14,1	11,0	14,6
120	10,1	16,6	11,0	17,5	120	11,4	15,8	12,3	16,3
150	11,2	18,4	12,6	20,1	150	12,8	17,7	13,7	18,3
185	12,6	20,7	14,0	22,9	185	14,2	19,7	15,4	20,7
240	14,4	23,9	16,0	26,5	240	•	•	17,4	24,3

Относится к этим данным как к обязательным нельзя, так как геометрия секторных жил, как впрочем, и реальное сечение не нормируется. Нормируется электрическое сопротивление (ГОСТ 22483-2012)

Замеряем толщину жилы по высоте и ширине. Полученные значения в 18,3 и 11,2 мм ищем по таблицам. Жила однопроволочная от трёхжильного (высоковольтного) кабеля. Наиболее близки в таблице 2 значения 11,2; 18,4 мм. Это соответствует сечению в 150 мм².

Расчёт сечения жилы из площади сектора

Метод расчёта площади сечения жилы по площади сектора основан на том, что сечение комплекта секторных жил сложенных вместе представляет собой круг. Соответственно толщина одной жилы r является радиусом этого круга. Остаётся только разделить площадь круга на количество жил или на отношение угла сектора α к 360°.

где
π – 3.14…
α – угол сектора круга
n – количество жил в сердечнике кабеля

Точность этого метода сомнительна, так как реальный срез секторной жилы не совсем гометрический сектор. Все углы проводника закруглены, и толщина жилы меньше радиуса круга. Чтобы убедится в неточности метода расчёта через сектор можно сравнить площади сечения, полученные с его помощью, и табличные данные (таблицы 3 и 4 ↓ ↓ ↓).

Таблица 3

Для трёхжильного кабеля с секторными однопроволочными жилами

S сечения рассчитанная по формуле 1, мм²	31,7	42,9	60,5	84,8	106,8	133,7	163,6	217,1
Толщина кабельной жилы, мм	5,5	6,4	7,6	9	10,1	11,3	12,5	14,4
Площидь сечения по таблице 1, мм²	35	50	70	95	120	150	185	240
Отношение табличного значения к расчётному	1,10	1,17	1,16	1,12	1,12	1,12	1,13	1,11
Средняя поправка к формуле 2 (k)	1,13

Таблица 4

Для четырёхжильного кабеля с секторными однопроволочными жилами

S сечения рассчитанная по формуле 1, мм²	38,5	52,8	72,4	91,6	113,1	136,8
Толщина кабельной жилы, мм	7	8,2	9,6	10,8	12	13,2
Площидь сечения по таблице 1, мм²	50	70	95	120	150	185
Отношение табличного значения к расчётному	1,3	1,33	1,31	1,31	1,33	1,35
Средняя поправка к формуле 2 (k)	1,32

Не смотря на серьезные отклонения в значениях метод можно использовать. Для того, что бы получить адекватные результаты достаточно умножить значение полученные в формуле 1 на коэффициент полученный в таблицах 3 и 4. Итоговая формула будет выглядеть так:

где:
k – коэффициент из таблиц 3 или 4 («1,13» для трёхжильного и «1,32» для четырёхжильного кабеля);
r – толщина жилы;
n – количество жил в сердечнике

Способ расчёта хорош для более редких кабелей с секторными жилами на 2, 5 или 6 проводников. Для двухжильного кабеля в расчёте площади сечения , так как радиус тут определить довольно точно. Для 5-ти и 6-ти -жильных кабелей коэффициент .

Расчёт сечения по объёму

В основе метода закон Архимеда. Этот метод позволяет измерить площадь сечения любого профиля: швеллера, уголка, жилы кабеля и т.п. Для измерений нужен сосуд с делениями в миллилитрах достаточного объёма (мензурка, мерный стакан) и линейка.

Исследуемый отрезок жилы помещается в мерный стакан и заливается водой до полного погружения образца. По шкале на стакане определяется объём V₁. Предположим, 200 миллилитров. Отрезок кабельной жилы вынимается из воды. Воде с него дают стечь обратно в стакан. Проверяется объём жидкости без образца. Предположим, уровень V₂ = 185 миллилитров. То есть наш образец имеет объём или в переводе на кубические миллиметры 15000 ~~мм³~~.

Измерение L

Далее линейкой или штангенциркулем измеряем длину исследуемой жилы в миллиметрах (L). Для примера L = 60 мм. Формула расчёта . То есть S = 15000 / 60 = 250 (~~мм²~~)

Можно измерить объём в другой последовательности. Сначала залить воду и измерить её объём V₁. Затем погрузить в неё жилу и замерить V₂. Такая последовательность будет более точной, так как будет отсутствовать погрешность от воды, остающейся на мокром металле в первом варианте.

Метод может давать ошибку в многопроволочных жилах, так как между отдельными проволоками, вероятно, останутся воздушные пузыри. В таком случае лучше разобрать проводник на отдельные проволоки и погрузить их в воду россыпью.

И в первом и во втором случае воздушные пузыри в воде нужно стряхивать.

Форма расчёта сечения по длине и весу

Потребуются достаточно точные весы и рулетка.

Метод основан на расчёте сечения из длины, массы и табличной плотности металла жилы. Формула плотности Замерив массу и зная табличное значение плотности можно узнать объём образца .

Измерив длину жилы из объёма () можно рассчитать её сечение . Итоговая формула:

Измерение L

Источник

Расчет поперечного сечения секторной жилы кабеля

В данной статье будет рассматриваться расчет поперечного сечения секторной жилы кабеля.

1. Размеры секторных токопроводящих жил трех-, четырех- и пятижильных кабелей представлены в ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ» Приложение А, Таблицы А1 – А4.

2. Справочные размеры токопроводящих жил на напряжение 0,4 – 10 кВ указаны в таблицах 3-9 [Л1, с.14-19]:

Что бы рассчитать поперечное сечение секторной жилы, нужно исходить из того, что сечение комплекта секторных жил сложенных вместе представляет собой круг. Соответственно площадь сектора можно посчитать, через угол и радиус сектора:

α – угол сектора;
r – радиус сектора;

Для примера рассчитаем поперечное сечение токопроводящих жил для трехжильных кабелей сечением: 50; 70; 95 мм2 с углом сектора, α = 120 °, используя размеры сектора из таблицы 3 [Л1, с.14] и сравним полученные значения с табличными.

r = h = 6,4 +0,5 = 6,9 мм – радиус (высота) сектора для кабелей сечением 50 мм2, согласно таблицы 3 [Л1, с.14];
r = h = 7,6 +0,5 = 8,1 мм – радиус (высота) сектора для кабелей сечением 70 мм2, согласно таблицы 3 [Л1, с.14];
r = h = 9,0 +0,5 = 9,5 мм – радиус (высота) сектора для кабелей сечением 95 мм2, согласно таблицы 3 [Л1, с.14];

Как видно из результатов расчета полученные значения практически совпадают с табличными.

Если Вам нужно определить активное и индуктивное сопротивление кабеля посмотрите статью: «Определение сопротивления кабелей на напряжение 6 — 35 кВ«

1. Эксплуатация кабельных сетей. Чепурной И.И., 2015 г.

Источник

Расчет конструкции силового кабеля на напряжение

Обзор достижений в кабельной технике и конструкций силовых кабелей. Расчёт конструктивных элементов кабеля: токопроводящей жилы, изоляции; электрических и тепловых параметров кабеля. Зависимость тока короткого замыкания от времени срабатывания защиты.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	04.06.2009
Размер файла	1,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

8. Разделительный слой из водоблокирующей ленты.

9. Оболочка — из полиэтилена высокой плотности.

Основная область применения

Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в трехфазных сетях на номинальное переменное напряжение 64/110кВ номинальной частотой 50 гц для прокладки в земле (траншеях или бетонных лотках), если кабель защищен от механических повреждений, на трассах с неограниченной разностью уровней.

Силовые кабели с медными или алюминиевыми жилами, с изоляцией из сшитого полиэтилена, с продольной и поперечной герметизацией в оболочке из полиэтилена высокой плотности

Конструкция кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 64/110 кВ.

Рис. 12. Конструкция силового кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена с поперечной герметизацией

1. Токопроводящая жила — алюминиевая или медная многопроволочная, круглой формы, уплотненная, соответствует классу 2 по гост 22483-77.

2. Экран по жиле — наложен экструзией из электропроводящей пероксидносшиваемой полиэтиленовой композиции.

3. Изоляция — из пероксидносшиваемого полиэтилена.

4. Экран по изоляции — наложен экструзией из электропроводящей пероксидносшиваемой полиэтиленовой композиции.

5. Слой из электропроводящей водоблокирующей ленты, толщиной не менее 0,3 мм.

6. Повив из медных проволок 0,7-2,0 мм. Поверх медных проволок спирально наложена медная лента толщиной не менее 0,1 мм.

7. Разделительный слой из водоблокирующей ленты.

8. Алюмополимерная лента.

9. Оболочка — из полиэтилена высокой плотности.

Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в трехфазных сетях на номинальное переменное напряжение 64/110 кВ номинальной частотой 50 гц для прокладки в земле (траншеях или бетонных лотках) независимо от степени коррозионной активности грунтов, а так же в воде (в несудоходных водоемах), если кабель защищен от механических повреждений, на трассах с неограниченной разностью уровней.

ПвВ, АПвВ на напряжение 64/110кВТУ 16-705-495-2006

Силовые кабели с медными или алюминиевыми жилами, с изоляцией из сшитого полиэтилена, в оболочке из поливинилхлоридного пластиката.

2. Экран по жиле — наложен экструзией из электропроводящей пероксидносшиваемой полиэтиленовой композиции.

3. Изоляция — из пероксидносшиваемого полиэтилена.

6. Слой обмотки полупроводящим полотном.

7. Повив из медных проволок 0,7-2,0 мм. Поверх медных проволок спирально наложена медная лента толщиной не менее 0,1 мм

8. Разделительный слой из двух лент крепированной или кабельной бумаги, или прорезиненной ткани.

9. Оболочка — из поливинилхлоридного пластиката.

Основная область применения

Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в трехфазных сетях на номинальное переменное напряжение 64/110 кВ номинальной частотой 50 гц для одиночной прокладки в кабельных сооружениях и производственных помещениях кабели предназначены для стационарной прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней.

ПвВнг, АПвВнг на напряжение 64/110 кВ ТУ 16-705-495-2006.

Силовые кабели с медными или алюминиевыми жилами, с изоляцией из сшитого полиэтилена, в оболочке из поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести.

2. Экран по жиле — наложен экструзией из электропроводящей пероксидносшиваемой полиэтиленовой композиции.

3. Изоляция — из пероксидносшиваемого полиэтилена.

6. Слой обмотки полупроводящим полотном.

8. Разделительный слой — из двух лент крепированной или кабельной бумаги, или прорезиненной ткани, дополнительно допускается наложение слоев обмоткой из слюдосодержащих лент или стеклолент, или экструзией из поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести.

9. Оболочка — из поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести.

Основная область применения

Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в трехфазных сетях на номинальное переменное напряжение 64/110 кВ номинальной частотой 50 гц для прокладки в кабельных сооружениях и производственных помещениях. кабели предназначены для стационарной прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней.

Экраны кабелей применяются следующими сечениями:

Таблица 2. Сечения медного экрана

Сечение медного экрана, мм 2

В таблице 3 приведен пример конструктивных размеров кабеля марки ПвПг.

Таблица 3. Размеры конструктивных элементов силового кабеля ПвПг

Диаметр токопроводящей жилы, номин. значение (мм)

Толщина электропроводящего экрана по жиле (мм)

Толщина изоляции (мм)

Толщина электропроводящего экрана по изоляции (мм)

Площадь поперечного сечения металлического экрана, номин. (мм 2 )

Толщина наружной оболочки, номин. (мм)

Диаметр поверх изоляции (мм)

Диаметр поверх экструдироваиного экрана по изоляции (мм)

Наружный диаметр кабеля (мм) 1

Вес кабеля (кг/км) 1

В таблицах 4 и 5 приведены примеры лент применяемых в кабеле для продольной герметизации.

Таблица 4. Диэлектрические водоблокирующие однослойные ленты

Предел прочности при разрыве

Относительное удлинение при разрыве

Таблица 5. Полупроводящие однослойные ленты

Предел прочности при разрыве

Относительное удлинение при разрыве

Удельное объемное электрическое сопротивление

2. Обоснование выбора конструкции кабеля

Основываясь на литературный обзор в качестве силового кабеля на напряжение 110 кВ, с ТПЖ круглой формы сечением 500 мм 2 и с изоляцией из сшитого полиэтилена, я выбрал кабель марки ПвПг.

1. Круглая многопроволочная уплотнённая медная жила, MЭK (IEC) 60228 класс 2.

2. Экран по жиле из экструдированный полупроводящий сшитый полиэтилен толщиной 0,8 мм.

3. Изоляция экструдированный пероксидносшитый полиэтилен 18 мм.

4. Экструдированный полупроводящий сшитый полиэтилен толщиной 0,8 мм. Экран по жиле, изоляция и экран по изоляции экструдиуются одновременно за одну технологическую операцию.

5. Слой из электропроводящей водоблокирующей ленты толщиной 0.3 мм.

6. Повив из медных проволок 1,4 мм. Поверх медных проволок спирально наложена медная лента толщиной 0,1 мм.

7. Разделительный слой из водоблокирующей ленты толщиной 0,35 мм.

8. Оболочка из полиэтилена высокой плотности толщиной 4 мм.

Хотя медь имеет большую плотность, по сравнению с алюминием, она обладает меньшим удельным сопротивлением. Поэтому в качестве материала ТПЖ выбрана медь.

Полупроводящий экран жилы, предназначенный для выравнивания скачка напряженности электрического поля на границе токопроводящей жилы и слоя изоляции с помощью создания промежуточного полупроводящего слоя между токопроводящей жилой и изоляцией из сшитого полиэтилена. Также он сглаживает поверхность ТПЖ.

Полупроводящий экран изоляции. Он позволяет получить плавное изменение напряженности электрического поля между изоляцией, где напряженность электрического поля не равна нулю, и проводником (металлический экран кабеля), где напряженность электрического поля равна нулю.

Металлический экран. Основным назначением, которого является устранение электрического поля на поверхности кабеля. Экран формирует второй электрод конденсатора, образуемого кабелем (первым является токопроводящая жила кабеля). Сечение экрана выбрана исходя из наиболее оптимального соотношения сечения жилы и экрана [1].

Слои из водонабухающих лент предотвращают проникновение влаги в кабель.

Внешняя оболочка должна защищать кабель от механических воздействий, возникающих при его установке и эксплуатации, а также от специфических вредных воздействий (таких как, например, термиты, углеводороды и т.п.). Наиболее подходящим материалом для защитной оболочки является полиэтилен. Оболочки из ПВХ еще используются в настоящее время, но применение этого материала сокращается. Одним из основных преимуществ ПВХ является его высокая огнестойкость, но из-за того, что при горении ПВХ выделяются токсичные и коррозийные дымы, этот материал запрещен многими пользователями.

3. Расчёт конструктивных элементов кабеля

1. Сечение токопроводящей жилы S₀=500 мм 2 (сечение по металлу).

2. Класс гибкости 2. Число повивов n=5. Большее число повивов соответствует большему классу гибкости.

3. Выбираем систему скрутки: нормальная (все проволоки одного диаметра) правильная (повивная) скрутка с одной проволокой в центре: 1+6+12+18+24. Для такой системы скрутки число проволок в жиле равно [10]:

4. Определяем сечение одной проволоки:

5. Вычисляем диаметр проволоки:

6. Вычисляем диаметр скрученной жилы:

7. Определим коэффициент заполнения:

8. Сделаем проверку коэффициента заполнения:

9. Задаемся кратностью шага скрутки по каждому повиву (центральная проволока считается за повив), например, m₂ =16, m₃=15_, m₄=14, m₅=13.

10. Вычисляем диаметр по каждому повиву:

12. Вычисляем средний диаметр по каждому повиву:

13. Вычисляем шаги скрутки каждого повива:

14. Вычисляем коэффициент укрутки каждого повива:

15. Вычисляем общий коэффициент укрутки:

16. Сделаем проверку диаметра жилы:

Для уплотненных жил коэффициент заполнения до 0,9, поэтому диаметр жилы будет меньше. При применении уплотненных жил достигается уменьшение на 5 — 9% расхода изоляционных материалов и на 7-9% меди. Кроме того получается более гладкая поверхность жил и в связи с этим некоторое повешение электрической прочности изоляции.

При уплотнении токопроводящие жилы становятся несколько более твердыми, т.е. частично нагартовываются. Однако снижение электрической проводимости медных жил при этом составляет не более 0,6-0,8%, поэтому нагартовка не может служить препятствием для применения уплотненных жил. [11]

Поэтому диаметр жилы:

3.2 Изоляция. Расчет зависимости напряженности электрического поля в изоляции от радиуса

На ТПЖ накладывается экран из экструдированного полупроводящего сшитого полиэтилена толщиной 0,8 мм.

Радиус ТПЖ с полупроводящим экраном:

где радиус жилы, мм; — толщина экрана по жиле, мм

1) Класс напряжения кВ — это номинальное линейное напряжение на приемнике электроэнергии. Кабель рассчитывается на наибольшее рабочее напряжение (U_раб _max), так как на генераторе напряжение выше,, [10]:

Кабели на напряжения от 110 кВ и более работают с заземленной нейтралью, поэтому при однофазном коротком замыкании на землю происходит отключение и напряжение на фазах не может быть больше фазного[10].

— радиус экрана по жиле

— радиус по изоляции

кВ/мм — допустимая напряженность электрического поля на жиле

Зависимость напряженности электрического поля в изоляции от радиуса:

Результаты вычислений сведены в таблицу 6. По данным таблицы построен график зависимости напряженности от радиуса рис. 13.

Таблица 6. Распределение напряженности электрического поля в изоляции от радиуса

Источник