Электрический расчет кабельных линий

При проектировании распределительной сети промышленного предприятия производится выбор отдельных ее элементов таким образом, чтобы обеспечить экономичность и надежность работы сети в нормальных и послеаварийных режимах. Одним из важных вопросов при этом является выбор сечений проводов и жил кабелей с учетом ряда технических и экономических факторов. Среди технических факторов, влияющих на выбор сечений, отметим следующие:

1. Нагрев от длительного выделения теплоты расчетным током;

2. Нагрев от кратковременного выделения теплоты током КЗ;

3. Потери напряжения в жилах кабелей или проводах воздушных линий от тока нагрузки (в нормальном и послеаварийном режимах);

4. Механическая прочность – устойчивость к механической нагрузке.

Исходными данными для расчета являются: схема сети, протяженности линий и максимальные токи нагрузки каждого участка схемы:

. (31)

Здесь Р_м=P_p для группы приемников определяется методом упорядоченных диаграмм, cosj - средневзвешенное значение коэффициента мощности этой группы. Для одиночных приемников - номинальные значения cosj.

По экономической плотности тока провода и кабели выбираются для линий напряжением 6…10кВ и выше. Для линий до 1000 В такой выбор производится в редких случаях, когда продолжительность использования максимума Т_м > 5000 ч/год.

, (32)

где W_Г - годовое потребление электроэнергии, кВт·ч/год.

Значение Т_м для для односменных промышленных предприятий 1800…2500 ч; двухсменных 3500…4000 ч; для трехсменных 5000…7000 ч [1].

Экономическое сечение проводников:

, (33)

где j - экономическая плотность тока А/мм², значения которой для европейской части России, Забайкалья и Дальнего Востока даны в таблице 7.

Таблица 7 – Значения экономической плотности тока

Сечения проводников, выбранные по экономической плотности тока, обычно превышают сечения, выбранные по условиям нагрева, поэтому после расчета сечения по формуле (33) принимают стандартное сечение ближайшее большее согласно [ПУЭ].

По длительно допустимым токам кабели проверяются из условий нагрева жил: для кабелей до 3 кВ нагрев допускается до 80°С, для 6 кВ - до 65°С, для 10 кB - 60°C. В таблице 8 даны длительно допустимые токи для получасового максимума, при которых кабели не будут нагреваться свыше вышеуказанных температур. Таблица дана для трехжильных кабелей при прокладке на воздухе и в земле. При применении других кабелей или при прокладке их в воде необходимо пользоваться справочной литературой.

Для кабелей, проложенных в воздухе, нагрузки приняты для расстояния в свету между кабелями не менее 35 мм, в кабельных каналах – не менее 50 мм, при этом температура воздуха принята 25⁰С. При прокладке одного кабеля в земле (в траншеях глубиной 0,7…1 м) пользуются данными таблицы 7. Если в траншее прокладываются 2 и более кабелей, то нагрузки уменьшаются по коэффициентам (Таблица 8).

Длительно допустимые токи (А) для кабелей с алюминиевыми жилами, с бумажной пропитанной изоляцией и в свинцовой или алюминиевой оболочке приведены в таблице 9.

Температура в земле принята 15°C.

Стандартное сечение, выбираемое по этому методу, должно быть ближайшее большее.

Таблица 8 - Поправочный коэффициент длительно допустимой токовой нагрузки кабелей при их прокладке в одной траншее

Таблица 9 - Длительно допустимые токи (А) кабелей с алюминиевыми жилами

Выбранные по экономической плотности тока и нагреву кабельные линии проверяются на термическую стойкость при коротких замыканиях. Температура кабеля при трехфазном установившемся токе короткого замыкания I_¥ не должна превышать 250⁰С. Для кабельных линий напряжением до 10 кВ сечение жилы кабеля определяется

, (34)

где с – числовой коэффициент: для алюминиевых жил – 95, для медных - 165;

t_П – приведенное время КЗ, определяется по методике, изложенной в §3.4 [7].

Кабели, защищенные плавкими предохранителями, на термическую стойкость не проверяются. Стандартное сечение по этому методу выбирается как ближайшее меньшее от расчетного.

Потери активной энергии в линиях с алюминиевыми кабелями можно определить по формуле:

, кВт ч/год (35)

где R=rL – активное сопротивление кабеля длиной L. Для кабелей с алюминиевыми жилами погонное сопротивление r принимается из табл.10.

Таблица 10 - Погонные активные и индуктивные сопротивления кабелей с алюминиевыми жилами

Расчет линий на потерю напряжения производится с целью определения отклонения напряжения у приемников и регулирования напряжения. ПУЭ не нормируют потери напряжения в линиях, т.к. имеются более рациональные средства для регулирования напряжения, нежели осуществление этого регулирования подбором сечения проводов и кабелей. Если учесть, что все понижающие трансформаторы в нейтральном (нулевом) положении переключателя дают напряжение на 5 % выше номинального и трансформаторы без РПН имеют предел регулирования ±5 %, т.е. в большую сторону на 10%, то можно считать, что допустимые потери напряжения в сетях до 10 кВ принимают в пределах 5…10 %.

Потери напряжения в линиях определяются по формулам:

10^-3, кВ; (36)

(37)

Здесь R и Х – полные активные и реактивные сопротивления,

R=r×l, X=x×l, Ом;

где l – длина линии, км.

Расчет сети на отклонение напряжения ведется из условия допустимых отклонений напряжений, нормируемых [14]:

Таблица 11

Исходным для расчета является отклонение выходного напряжения от стандартного на системной подстанции. В курсовой работе можно принять +5 % в нормальном и послеаварийном режимах. Если на ГПП предприятия принят трансформатор с РПН, то на выходе этой подстанции следует принять +5 %, тогда исходной точкой расчета будет вторичное напряжение трансформатора ГПП. Далее определяются потери напряжения на всех участках элементов сети и определяется отклонение напряжения путем алгебраического сложения всех потерь (-) и добавок (+) напряжения на ГПП и цеховых трансформаторах. Допустимые пределы отклонения напряжения у приемника устанавливаются путем дополнительных переключений на трансформаторах.