Выбор кабелей

Под действием протекающего тока провода и кабели нагреваются. По закону Джоуля-Ленца, количество теплоты, выделенной током в проводнике, определяется по формуле:

Q = r · I² · t, (3.7)

где r – активное сопротивление проводника, I – действующее значение переменного тока, t – время прохождения тока.

Часть выделенной теплоты идет на повышение температуры кабеля, а часть рассеивается в окружающую среду. Тепловое действие тока при определенных условиях может привести к негативным последствиям:

1) обрыву цепи за счет расплавления проводов или нарушению контакта от окисления в местах соединений;

2) пожару при загорании изоляции;

3) уменьшению срока службы кабелей, обусловленному старением их изоляции, которая от чрезмерного повышения температуры теряет электрические и механические свойства; возникновению коротких замыканий из-за теплового нарушения изоляции.

Наибольшая температура, при которой проводник или кабель сохраняет свои электрические и механические свойства, называется допустимой температурой. Значения допустимой температуры зависят от материала проводника, вида изоляции, номинального напряжения и ряда других факторов, но, как правило, не превышают 60–80 °С.

Электрический ток, при котором кабель нагревается до допустимой температуры, называется допустимым током I_доп. Номинальные значения допустимых токов I_{ном.доп} для различных видов кабелей в зависимости от их сечения приведены в справочнике.

В связи с тем, что сопротивление проводника r обратно пропорции­онально его сечению, то правильный выбор проводов и кабелей сводится, прежде всего, к определению таких сечений, которые должны обеспечить:

– нагрев, не превышающий допустимой температуры;

– потерю напряжения не более 5 % для силовых и 2,5 % для осветительных цепей.

Кроме этого, рациональный выбор сечений проводов и кабелей должен удовлетворять достаточной механической прочности линии и надежной безопасности обслуживающего персонала.

Выбранное сечение кабелей должно быть проверено по экономической плотности тока J_эк. Экономически целесообразная площадь сечения кабелей q_э, определяется из соотношения:

q_э = I/J_{эк ,} (3.8)

где I = I_рас – расчетный (рабочий) ток нормального режима без учета увеличения тока в послеаварийных и ремонтных режимах работы, J_эк – нормированная плотность тока, А/мм² (табл. 3.1). Сечение q_э, найденное по (3.8), округляется до ближайшего значения из стандартного ряда.

Для нормального режима работы выбор кабелей заключается в выполнении следующих условий:

U_уст £ U_ном, (3.9)

I_max £ I_доп, (3.10)

q_эc» q_э, (3.11)

где U_ном – номинальное напряжение кабеля; U_уст – номинальное напряжение участка цепи, на котором необходимо проложить кабель; q_эс – ближайшее к q_э сечение из стандартного ряда сечений; I_max = I_рем – максимальное значение тока при эксплуатации кабеля (ток утяжеленного режима – послеаварийного или ремонтного).

Таблица 3.1.

Проводники	Экономическая плотность тока, А/мм2, при числе использования максимума нагрузки в год, Tmax,ч
	более 1 000 до 3 000	более 3 000 до 5 000	более 5 000
Неизолированные провода и шины: медные алюминевые	2,5 1,3	2,1 1,1	1,8 1,0
Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами: медными алюминевыми	3,0 1,6	2,5 1,4	2,0 1,2
Кабели с резиновой и пласмассовой изоляцией с жилами: медными алюминевыми	3,5 1,9	3,1 1,7	2,7 1,6

 

Значение I_доп можно определить по формуле:

I_доп=k₁·k₂·I_{доп.ном}, (3.12)

где I_доп – длительно допустимый ток с учетом поправки на число рядом проложенных кабелей k₁ и температуру окружающей среды k₂, I_{доп.ном} – длительно допустимый ток на один кабель при номинальной разности температур между кабелем и окружающей средой.

Поправочные коэффициенты k₁ и k₂ могут быть определены по спра­вочнику или ПУЭ применительно к конкретным условиям эксплуатации кабеля. Однако с целью упрощения выполнения индивидуальных заданий (см. приложение П3) k₁ и k₂ приняты равными единице. Следовательно, расчет I_доп следует проводить по формуле:

I_доп = I_{доп.ном}. (3.13)

Выбранные по нормальному режиму кабели необходимо проверить на термическое действие тока КЗ. Однако эта проверка здесь не проводится.

Рекомендуется следующая последовательность действий при выборе сечения кабеля:

1) определить I_max и I_норм, считая, что все потребители подключены и работают в нормальном режиме;

2) выбрать марку кабеля, учитывая номинальное напряжение, характеристику окружающей среды и способ прокладки;

3) найти J_эк (с учетом типа изоляции материала жилы кабеля);

4) по уравнению (3.8) найти q_э и по справочнику выбрать q_эc, а также I_доп;

5) проверить для найденного значения I_доп выполнение условия (3.11).

Если I_мах не превышает I_доп, то искомое сечение равно q_эc. В противном случае, т. е. при справедливости неравенства I_max > I_доп, необходимо по справочнику выбрать сечение кабеля q¢_c > q_cэ, длительно допустимый ток которого I¢_доп > I_доп удовлетворял бы условию

I_max £ I¢_доп. (3.15)