Сечение кабеля для высокого напряжения

Пример выбора сечения кабеля на напряжение 10 кВ

Требуется выбрать сечение кабеля на напряжение 10 кВ для питания трансформаторной подстанции 2ТП-3 мощностью 2х1000 кВА для питания склада слябов на металлургическом комбинате в г. Выкса Нижегородская область. Схема электроснабжения представлена на рис.1. Длина кабельной линии от ячейки №12 составляет 800 м и от ячейки №24 составляет 650 м. Кабели будут, прокладываться в земле в трубах.

Таблица расчета электрических нагрузок по 2ТП-3

Наименование присоединения	Нагрузка			Коэффициент мощности cos φ
	Активная, кВт	Реактивная, квар	Полная, кВА
2ТП-3 (2х1000 кВА)	955	590	1123	0,85

Трехфазный ток КЗ в максимальном режиме на шинах РУ-10 кВ составляет 8,8 кА. Время действия защиты с учетом полного отключения выключателя равно 0,345 сек. Подключение кабельной линии к РУ осуществляется через вакуумный выключатель типа VD4 (фирмы Siemens).

Рис.1 –Схема электроснабжения 10 кВ

Сечение кабельной линии на напряжение 6(10) кВ выбирают по нагреву расчетным током, проверяют по термической стойкости к токам КЗ, потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах.

Выбираем кабель марки ААБлУ-10кВ, 10 кВ, трехжильный.

1. Определяем расчетный ток в нормальном режиме (оба трансформатора включены).

где:
n – количество кабелей к присоединению;

2. Определяем расчетный ток в послеаварийном режиме, с учетом, что один трансформатор отключен:

3. Определяем экономическое сечение, согласно ПУЭ раздел 1.3.25. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается:

Jэк =1,2 – нормированное значение экономической плотности тока (А/мм2) выбираем по ПУЭ таблица 1.3.36, с учетом что время использования максимальной нагрузки Тmax=6000 ч.

Сечение округляем до ближайшего стандартного 35 мм2.

Длительно допустимый ток для кабеля сечением 3х35мм2 по ПУЭ,7 изд. таблица 1.3.16 составляет Iд.т=115А > Iрасч.ав=64,9 А.

4. Определяем фактически допустимый ток, при этом должно выполняться условие Iф>Iрасч.ав.:

Коэффициент k1, учитывающий температуру среды отличающуюся от расчетной, выбираем по таблице 2.9 [Л1. с 55] и таблице 1.3.3 ПУЭ. Учитывая, что кабель будет прокладываться в трубах в земле. По таблице 2-9 температура среды по нормам составляет +25 °С. Температура жил кабеля составляет +65°С, в соответствии с ПУЭ, изд.7 пункт 1.3.12.

Принимаем по таблице 4.13 [Л5, с.86] среднемесячную температуру грунта для наиболее жаркого месяца (наиболее тяжелый температурный режим работы) равного +17,6 °С (г. Москва). Температуру грунта для г. Москвы, я принимаю в связи с отсутствием данных по г. Выкса, а так как данные города находятся в одном климатическом поясе — II, то погрешность в разности температур будет в допустимых пределах. Округляем выбранное значение температуры грунта до расчетной равной +20°С.

Для определения средней максимальной температуры воздуха наиболее жаркого месяца, можно воспользоваться СП 131.13330.2018 таблица 4.1.

По ПУЭ таблица 1.3.3 выбираем коэффициент k1 = 1,06.

Коэффициент k2 – учитывающий удельное сопротивление почвы (с учетом геологических изысканий), выбирается по ПУЭ 7 изд. таблица 1.3.23. В моем случае поправочный коэффициент для нормальной почвы с удельным сопротивлением 120 К/Вт составит k2=1.

Определяем коэффициент k3 по ПУЭ таблица 1.3.26 учитывающий снижение токовой нагрузки при числе работающих кабелей в одной траншее (в трубах или без труб), с учетом, что в одной траншее прокладывается один кабель. Принимаем k3 = 1.

Определив все коэффициенты, определяем фактически допустимый ток:

5. Проверяем кабель ААБлУ-10кВ сечением 3х35мм2 по термической устойчивости согласно ПУЭ пункт 1.4.17.

• Iк.з. = 8800 А — трехфазный ток КЗ в максимальном режиме на шинах РУ-10 кВ;
• tл = tз + tо.в =0,3 + 0,045 с = 0,345 с — время действия защиты с учетом полного отключения выключателя;
• tз = 0,3 с – наибольшее время действия защиты, в данном примере наибольшее время срабатывания защиты это в максимально-токовой защиты;
• tо.в = 45мс или 0,045 с — полное время отключения вакуумного выключателя типа VD4;
• С = 95 — термический коэффициент при номинальных условиях, определяемый по табл. 2-8, для кабелей с алюминиевыми жилами.

Сечение округляем до ближайшего стандартного 70 мм2.

6. Проверяем кабель на потери напряжения:

6.1 В нормальном режиме:

где:
r и x — значения активных и реактивных сопротивлений определяем по таблице 2-5 [Л1.с 48].

Для кабеля с алюминиевыми жилами сечением 3х70мм2 активное сопротивление r = 0,447 Ом/км, реактивное сопротивление х = 0,086 Ом/км.

Определяем sinφ, зная cosφ. Вспоминаем школьный курс геометрии.

Если Вам не известен cosφ, можно определить для различных электроприемников по справочным материалам табл. 1.6-1.8 [Л3, с 13-20].

6.2 В послеаварийном режиме:

Из расчетов видно, что потери напряжения в линии незначительные, следовательно, напряжение у потребителей практически не будет отличаться от номинального.

Таким образом, при указанных исходных данных выбран кабель ААБлУ-10 3х70.

Для удобства выполнения выбора кабеля всю литературу, которую я использовал в данном примере, Вы сможете скачать в архиве.

1. Проектирование кабельных сетей и проводок. Хромченко Г.Е. 1980 г.
2. СНиП 23-01-99 Строительная климатология. 2003 г.
3. Расчет и проектирование систем электроснабжения объектов и установок. Кабышев А.В, Обухов С.Г. 2006 г.
4. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.
5. Справочник работника газовой промышленности. Волков М.М. 1989 г.

Источник

Выбор сечения провода (кабеля) — по току, мощности и длине: таблица

Перед вами встал вопрос выбора провода (кабеля). Не важно для чего вы его выбираете, для квартиры, дома, гаража, дачи или для подключения электродвигателя, нагревательного прибора, компрессора, электролампы или любого другого электрического прибора, все равно нужен расчет сечения проводника, который будет использоваться для подключения.

Для чего нужен расчет? Если сказать простыми словами, то у любого электрического прибора (оборудования) или помещения есть потребляемый ток, нагрузка. Чтобы этот провод (кабель) выдерживал потребляемую нагрузку потребителем электроэнергии и нужен расчет.

Естественно расчет проводят после сбора данных о потребителе, то есть надо подсчитать нагрузку для каждого потребителя электроэнергии в отдельности и общую, если это требуется.

Но для начала нужно знать, как определяется сечение провода. Расчет ведется по формуле:

S = πD² ⁄ 4 = 0,785D²

где: S – сечение провода; π – 3,14; D – диаметр провода.

Диаметр провода можно легко измерить с помощью штангенциркуля или микрометра. Если жила провода многопроволочная, то нужно измерить одну проволоку, произвести расчет и помножить на их количество. Получится сечение проводника.

Выбор сечения провода (кабеля) по мощности – таблица

Возьмем однокомнатную квартиру. Какими электроприборами мы пользуемся? Ниже вы увидите таблицу, в которой указаны электроприборы и инструменты, используемые в быту:

Бытовой электроприбор	Мощность, Вт	Бытовой электроприбор	Мощность, Вт
Лампочка	15 – 250	Духовка	1000 – 3000
Принтер струйный	30 – 50	СВЧ печь	1500 – 3000
Весы	40 – 300	Пылесос	400 – 2000
Аудиосистема	50 – 250	Мясорубка	1500 – 2200
Компьютер	300 – 800	Тостер	500 – 1500
Принтер лазерный	200 – 500	Гриль	1200 – 2000
Копировальный аппарат	300 – 1000	Кофемолка	500 – 1500
Телевизор	100 – 400	Кофеварка	500 – 1500
Холодильник	150 – 2000	Посудомоечная машина	1000 – 2000
Стиральная машина	1000 – 3000	Утюг	1000 – 2000
Электрочайник	1000 –2000	Обогреватель	500 – 3000
Электроплита	1000 – 6000	Кондиционер	1000 – 3000

Подсчитаем общую потребляемую мощность электроприборов, используемых в однокомнатной квартире. Возьмем по минимуму:

• Лампы энергосберегающие – 14 штук по 15 Вт;
• Телевизор – 200 Вт;
• Аудиосистема – 150 Вт;
• Компьютер – 500 Вт;
• Принтер лазерный – 300 Вт;
• Холодильник – 500 Вт;
• Стиральная машина – 2000 Вт;
• Электрочайник – 2000 Вт;
• Кофеварка – 1000 Вт;
• СВЧ печь – 2000 Вт;
• Пылесос – 1200 Вт;
• Утюг – 1000 Вт;
• Кондиционер – 2000 Вт.

14 × 15 = 210 Вт (лампы энергосберегающие);

210 + 200 + 150 + 500 + 300 + 500 + 2000 + 1000 + 2000 + 1200 + 1000 + 2000 = 11 060 Вт = 11,06 кВт

Мы подсчитали общую нагрузку, которую может потреблять квартира, но этого не будет никогда. Почему? Представьте себе, что вы включили одновременно все электроприборы. Может такое быть с вами? Конечно нет. Зачем вам включать, например, одновременно телевизор, аудиосистему, пылесос и кондиционер зимой или другое сочетание бытовых приборов. Конечно вы делать этого не будите.

К чему я это все пишу, а к тому, что существует так называемый коэффициент одновременности, который равен̴̴̴

11,06 × 0,75 = 8,295

8,3 кВт. Такую максимальную нагрузку вы сможете подключить, имея электроприборы, перечисленные выше, короткое время. Это для информации.

Но для расчета сечения провода (кабеля), все-таки нужно брать общую нагрузку без коэффициента. Для данного примера 11, 06

Данный подсчет мы сделали для вводного провода (кабеля), который будет питать всю квартиру напряжением 220 В.

Таблица выбора сечения жил провода (кабеля) по мощности и току

Как пользоваться таблицей? Смотрим в таблицу и выбираем «Медные жилы проводов и кабелей» > «Напряжение 220 В» > «Мощность, кВт», так как у нас общая мощность 11 кВт, выбираем всегда с запасом и получаем 15,4 что соответствует сечение 10 мм². Смотрите ниже:

Советую всегда брать сечение жилы (мм²) кабеля с запасом, потому что жилы кабеля не будут нагреваться при большой нагрузки и в будущем возможно вы увеличите свой арсенал бытовых электроприборов и инструментов не только в количестве, но и по мощности.

Глядя на эту таблицу также можно определить сечение медного проводника для напряжения 380 В, а также алюминиевого на 220 и 380 В.

380 В (3 фазы и нуль) применяется для подключения коттеджей и там, где без трехфазной системы нельзя обойтись, например, подключение 3-х фазных электродвигателей, калориферов, холодильных установок и другое.

Давайте посмотрим какое сечение проводника нужно для каждого в отдельности электроприбора на 220 В зная его мощность по паспорту:

Сечение медной жилы, мм²	Мощность электроприбора, Вт
0,35	100 – 500
0,5	700
0,75	900
1,0	1200
1,2	1500
1,5	1800 – 2000
2,0	2500
2,5	3000 – 3500
3,0	4000
3,5	4500 – 5000
5,0	6000

Ниже представлена таблица применения медных проводов (кабелей) по сечению:

Сечение медных жил, мм²	Предельно-допустимая нагрузка, А (ампер)	Номинальная сила тока автоматического выключателя, А	Максимальная нагрузка U = 220 В, кВт	Пример применения
1,5	19	10	4,1	Освещение
2,5	27	16	5,9	Розетки
4	38	25	8,3	Кондиционеры, водонагреватели
6	46	32	10,1	Электрические плиты, шкафы
10	70	50	15,4	Ввод в квартиру

Выбор сечения провода по току

Как рассчитать сечение провода если известна только сила тока (I)? Такой расчет производится реже, но стоит обратить на это внимание тоже.

Необходимо узнать, какое взять сечение провода для электродвигателя подключаемый к напряжению (U) 220 В. Его мощность (P) не известна.

На короткое время подключаем электродвигатель к сети 220 В и замеряем ток (I) с помощью электрических клещей. К примеру ток равен 10 А.

Можно использовать формулу, по которой можно быстро все рассчитать:

Из этой формулы находим мощность (P):

P = 10 × 220 = 2200 Вт = 2,2 кВт

Итак, мощность электродвигателя равна 2,2 кВт и потребляемая мощность 10 А. По таблице 2 определяем сечение провода, «Медные жилы проводов и кабелей» > «Напряжение 220 В» > «Ток, А». Первая цифра начинается с 19, а у нас 10 А, напротив этой цифры сечение провода 1,5 мм². Для нашего примера 1,5 мм² более, чем достаточно.

В этой же таблице видим, что подойдет и алюминиевый провод (кабель) сечением 2,5 мм².

Мы с помощью не сложных вычислений узнали ток и сечение провода, а заодно и мощность электродвигателя для напряжения 220 В. Таким же способом вы можете узнать сечение проводов для других потребителей электроэнергии.

Выбор сечения провода по длине

Вы должны знать о том, что длина провода (кабеля) влияет на напряжение. Чем длиннее линия, тем больше потеря напряжения. Чтобы этого избежать нужно увеличивать сечение проводника. Как это все подсчитать?

У вас в быту есть некие потребители электроэнергии, в сумме они составляют 5000 Вт или 5 кВт. Длина до этих потребителей от автоматического выключателя равно 25 м. Так как электроэнергия поступает по одному проводу, а возвращается по другому проводу, то длина увеличивается вдвое и равна 50 м.

Дальше нам нужно найти силу тока (I). Как найти вы уже знаете. Нужно мощность разделить на напряжение:

I = 5000/220 = 22,72 А

С помощью силы тока (А) или мощности (Р) в таблице 2 определяем сечение провода. По таблице это 1,5 мм² медного провода.

Так как провод имеет свое сопротивление (R) мы производим расчет с учетом следующих данных по формуле:

R – сопротивление проводника, Ом;

p – удельное сопротивление, Ом · мм²/м;

L – длина провода, м;

S – площадь поперечного сечения, мм².

Из формулы: величина (р) это всегда постоянная величина. Для меди она равна 0,0175, а для алюминия – 0,0281.

R = 0,0175 × 50/1,5 = 0,583 Ом

Теперь нужно высчитать потери напряжения по формуле:

dU – потеря напряжения, В;

R– сопротивление проводника, ОМ.

dU = 22,72 × 0,583 = 13,24 В

После этого расчета нужно узнать процентное соотношение потерь напряжения. Если оно будет выше 5 %, то проводник следует выбрать на одну позицию выше ссылаясь на таблицу 2.

13,24 В / 220 В × 100% = 6,01%

Так как процентное соотношение потерь напряжения выше 5%, то сечение провода (кабеля) вместо 1.5 мм² выбираем 2.5 мм².

Вот и весь расчет.

Как видите не так трудно все это сделать. Один раз стоит посчитать и все. После такого расчета вы будите полностью уверены, что подобранные вами провода или кабели не подведут вас и прослужат многие годы.

Источник