Тема 6.2. Выбор сечения проводов и кабелей

Общее положение по расчету электрической сети.

Конечной целью расчета электрической сети жилого дома, как и всякого другого здания, является выбор сечений проводов и аппаратов защиты. Сечения проводов должны выбираться с учетом выполнения следующих основных положений:

1. Провода не должны перегреваться при прохождении расчетного тока нагрузки (11.1) сверх допустимой величины.

2. Отклонения, напряжения на зажимах электроприемников должны находиться в допустимых пределах по ГОСТ 13109-67 «Нормы качества, электрической энергии у ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения».

3. Колебания напряжения, вызванные кратковременными, изменениями нагрузки, например включением короткозамкнутых асинхронных электродвигателей не должны превышать величин, установленныхГОСТ 13109-67, и вызывать нарушения работы действующих электроприемников.

4. Механическая прочность проводов должна быть не ниже допустимой для данного вида электропроводки.

5. При выборе схемы и расчетах питающих сетей целесообразно учитывать экономические факторы, характеризующиеся наименьшими приведенными затратами

6. Распределение допустимых, потерь напряжения по участкам внутренней сети целесообразно производить из условия наименьших затрат проводниковых материалов.

7. Аппараты защиты должны обеспечивать защиту всех участков сети от коротких замыканий, а в некоторых случаях, предусмотренных ПУЭ, и от перегрузки. Кроме того, эти аппараты не должны срабатывать при кратковременных повышениях токов нагрузки, возможных при нормальных режимах работы сети, например, при включениях короткозамкнутых электродвигателей, электромагнитов клапанов противопожарных устройств и т, д. Аппараты защиты должны по возможности работать избирательно, т. е. обеспечивать селективное отключение поврежденного участка.

11.1. Расчётный ток нагрузки – это величина тока, определяемого, исходя из величины расчётной мощности потребителей.

Основой расчета сети является определение электрических нагрузок,

которое подробно рассмотрено в темах 5, 6, 7.

Длительно допустимые нагрузки проводников

Определенному значению длительно проходящего тока при неизменных температурах окружающей среды и условиях прокладки соответствует и определенная температура проводника. Соответственно наибольшей допусти­мой температуре нагрева проводника устанавливается величина длительно допустимого тока, нормируемая ПУЭ. Эта величина зависит от материала, сечения проводника, температуры окружающей среды материала изоляции и способа прокладки.

Длительно допустимые токовые нагрузки (11.2) могут определяться на основе теплового расчета, однако, в особенности для изолированных проводов и кабелей, формулы получаются сложными, и поэтому в ПУЭ даются готовые таблицы допустимых токовых нагрузок, которые получены как расчётным, так и экспериментальным путем (табл. 11.1) В ПУЭ приведены средние температуры окружающей среды, для которых составлены таблицы (внутри помещений +25 °С). Если температура окружающей среды существенно отличается от нормированной, то допустимые токовые нагрузки следует пересчитать, умножая нормированную нагрузку на коэффициент по ПУЭ.

11.2. Длительнодопустимой токовой нагрузкойназывается такая величина силы тока, при длительном протекании которого установившаяся температура проводника не превышает установленной допустимой температуры по величине теплового износа изоляции или по тепловому воздействию на голый проводник.

Выбор сечения проводов по условиям нагрева

Предельно допустимые температуры нагрева для некоторых типов проводов и кабелей следующие: неизолированные провода — 70°С; изолированные провода в резиновой или полихлорвиниловай изоляции-55° С; провода в теплостойкой резиновой изоляции-65°С; кабели с бумажной изоляцией на напряжение до 3 кВ — 80°С; кабели с бумажной изоляцией на напряжение до 6 кВ—65°С; кабели с бумажной изоляцией на напряжение до 10 кВ — 60° С.

Исходя из этих значений, определяют длительно допустимые токовые нагрузки на провода и кабели потаблице 11.1.

Для выбора сечения жил определяют расчётный ток и по таблице 1.1 выбирается ближайшее большее значение допустимого тока, по которому и выбирается стандартное сечение соответствующее этому току.

Например. Определён расчётный ток I_Р=78 А, известно, что провод алюминиевый, проложенный открыто. По табл. 11.1 находим равное или ближайшее большее значение тока – 80 А. Для такого тока находим в таблице 11.1 сечение 16 мм².

Аналогично выбираются сечение жил кабелей по таблицам длительно допустимых токовых нагрузок, которые приведены в справочной литературе в зависимости от материала жил, их изоляции и условий прокладки (открыто, в трубах, в земле и др.) и количества кабелей в одной трассе.

В зависимости от температуры окружающей среды допустимый ток при длительном режиме работы определяется по формуле

где I_макс — расчетный ток нагрузки, А; К_п — поправочный коэффициент на температуру окружающей среды

Расчетный ток нагрузки определяется по формулам:

а) для трехфазной четырехпроводной и трехпроводной сетей

б) для двухфазной сети с нулевым проводом при включении электроприемников на фазное напряжение

в) для однофазной сети

где Р_макс — расчетная максимальная нагрузка, кВт; U_Н — номинальное линейное напряжение, В; U_ф— номинальное фазное напряжение, В.

Для сетей, питающих люминесцентные лампы, при определении расчетного тока следует вводить повышающий коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующих аппаратах (ПРА) по следующим средним данным, которые приняты в проектной практике: при стартерных схемах зажигания 1,25, при бесстартерных 1,3.

Коэффициент мощности cosφ следует принимать для линий, питающих электроприемники квартир, на основе указаний для электроприемников встроенных помещений — по проектам электрооборудования этих помещений; Для люминесцентных светильников, устанавливаемых на лестницах в холлах, вестибюлях,0,9 для светильников с компенсированными ПРА и 0,5 с некомпенсированными ПРА.

При выборе сечений проводов по условиям допустимого нагрева кроме указанного выше, необходимо учитывать следующее.

1. В трехфазных четырехпроводных питающих линиях квартир имеет место неустранимая постоянная асимметрия токовых нагрузок в фазных проводах. Поэтому ПУЭ требуют принимать сечения нулевых проводов равными сечениям фазных проводов при сечениях последних до 25 мм² включительно (по алюминию). При больших сечениях фазных проводов сечения нулевых проводов должны выбираться сечением не менее 50% фазных проводов.

2. Для двухфазных и однофазных линий сечения нулевых проводов принимаются равными сечениям фазных проводов.

3. При выборе сечений нулевых проводов сетей люминесцентного освещения необходимо учитывать наличие в этих проводах токов высших гармонических кратных трем, которые существуют вследствие несинусоидальности кривых токов, даже при равномерной нагрузке фаз.В связи с тем, что в этих случаях ток в нулевом проводе может достигать, особенно при компенсированных ПРА., 85—90% тока в фазном проводе, сечения нулевых проводов следует принимать равными сечениям фазных проводов.

4. При прокладке проводов в коробах и лотках допустимую токовую нагрузку следует принимать:

а) при прокладке проводов в лотках в один горизонтальный ряд как для открыто проложенных проводов;

б) при прокладке проводов в коробах и лотках пучками как для проводов, проложенных в трубах.

5. При прокладке более четырех проводов в трубах, коробах, а также в лотках пучками следует принимать допустимую токовую нагрузку:

а) для 5-6 одновременно нагруженных проводов как для открыто проложенных проводов с коэффициентом 0,68;

б) для 7-9 одновременно нагруженных проводов как для открыто проложенных проводов с коэффициентом 0,63;

в) для 10-12 Одновременно нагруженных проводов как для открыто проложенных проводов с коэффициентом 0,6.

Сечения проводов, проложенных в каналах строительных конструкций, а также замоноличенных проводок можно выбирать как для проводов в трубах.

6. Для четырехпроводных линий, проложенных в трубах или каналах строительных конструкций, питающих электроприемники квартир и общедомовых потребителей (силовых и осветительных с лампами накаливания), допустимые токовые нагрузки принимаются как для трех одножильных проводов, прокладываемых в одной трубе. Для таких же линий, питающих люминесцентное освещение, как для четырех одножильных проводов, прокладываемых в одной трубе.

7. При повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы сети (например, линии, питающие лифты) расчетную токовую нагрузку следует приводить к длительному режиму по формуле

Формула применяется для алюминиевых проводов сечением более 16мм². Для меньших сечений токовые нагрузки принимаются такими, как для длительного режима:

При этом имеется в виду, что I_макс приведено к температуре окружающей среды.

Под повторно - кратковременным режимом работы согласно ПУЭ понимается такой режим, при котором общая длительность цикла Т_ц не превышает 10 мин, а продолжительность рабочего периода t_p не превышает 4 мин. Продолжительность включения определяется из выражения

Кратковременным является режим работы, при котором проводник охлаждается до температуры окружающей среды за период паузы. При этом длительность рабочего периода не должна превышать 4мин.

Выбор сечений проводов и кабелей с учетом характеристик защитных аппаратов.

Правила устройства электроустановок регламентируют наряду с проверкой по допустимому нагреву определенные соотношения между токами защитных аппаратов и допустимым током, т. е. пропускной способностью проводов и кабелей. Эти соотношения в сетях, защищаемых от перегрузки, часто оказываются решающими при выборе сечений проводов и кабелей. Следует иметь в виду, что предохранители и автоматы, защищающие сети от перегрузок, одновременно надежно защищают их и от коротких замыканий.

Условие соответствия номинальному току или току трогания (срабатывания) защитного аппарата выражается следующим уравнением:

где К_з — кратность допустимого тока проводника по отношению к соответствующему току защитного аппарата. Величины К₃ для сетей, защищаемых только от коротких замыканий, а также от коротких замыканий и перегрузки, приведены в табл. 11.2.

Как сказано выше, выбранные защитные аппараты и сечения проводов должны удовлетворять еще одному требованию. Должно быть обеспечено надежное срабатывание защиты при коротких замыканиях в конце линии. Однако при обеспечении соотношений, в сетях, защищаемых только от коротких замыканий, т. е. не требующих защиты от перегрузки, расчетная проверка кратностей токов короткого замыкания может не производиться.

Примечания:

1. У автоматов, имеющих одновременно тепловой и электромагнитный расцепители, К_з проверяется только для теплового расцепителя (регулируемого и нерегулируемого).

2. Сечения проводов и кабелей для ответвлений к короткозамкнутым электродвигателям в сетях, проложенных в невзрывоопасных помещениях и защищаемых от перегрузки, выбираются, по номинальным токам электродвигателей.

3. Если требуемая допустимая токовая нагрузка проводника, не совпадает с данными таблиц допустимых нагрузок по ПУЭ, то допускается применение проводника ближайшего меньшего сечения. Однако при этом допустимый ток проводника не должен быть меньше расчетного тока линии.

Выбор сечения проводов и кабелей по экономической плотности тока

В стоимость передачи электрической энергии входят стоимость потерь энергии в проводах электрических сетей и в трансформаторах, годовые эксплуатационные расходы, слагаемые из отчислений на амортизацию, расходы на текущий ремонт и обслуживание.

При проектировании электрических сетей важно обеспечить наименьшую стоимость электроэнергии. В значительной степени это зависит от выбранных сечений проводов. Если их занизить, то потери возрастут, а увеличить - уменьшится стоимость потерянной электроэнергии. Однако это приводит к росту первоначальных капитальных затрат на сооружение сети.

Сечение, соответствующее минимуму стоимости передачи электроэнергии, называют экономическим. Установлена экономическая плотность тока, которая соответствует минимуму приведенных затрат и удовлетворяет оптимальному соотношению между затратами цветного металла и потерями энергии в линии.

11.3 Экономическая плотность тока– это плотность, при которой обеспечивается минимум денежных затрат на эксплуатацию системы электроснабжения

ПУЭ рекомендуют пользоваться следующей формулой для определения экономического сечения жил проводов и кабелей (мм²):

где I_мах— расчетный ток линии при нормальной работе сети, А;I_эк —экономическая плотность тока(11.3), А/мм², определяемая в зависимости от материала и времени использования максимальной нагрузки.

Расчетный ток линии принимают при нормальной работе сети без учета повышенной нагрузки при авариях и ремонтах.

Полученное сечение проводника округляют до ближайшего стандартного сечения.

В табл. 11.3 приведены экономические плотности тока, рекомендуемые ПУЭ.

Выбирают сечения проводов линии по экономической плотности тока. Выбранное сечение проверяют по допустимому нагреву, допустимой потере напряжения и механической прочности. Окончательно принимают наибольшее сечение, полученное в результате этих расчетов.

Согласно указаниям ПУЭ по экономической плотности тока, не выбирают:

а) сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1000В при числе часов использования максимума нагрузки предприятия до 4000—5000 в год;

б) ответвления к отдельным электроприемникам напряжением до 1000 В, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий, проверенные по потере напряжения;

в) сборные шины электроустановок всех напряжений;

г) сети временных сооружений, а также установки с малым сроком службы (3-5 лет)

д) провода, идущие к сопротивлениям, пусковым реостатам.

Для проводов и кабелей всех сечений экономическая плотность тока повышается на 40% при максимуме нагрузки в ночное время, а для изолированных проводов сечением до 16 мм²— независимо от времени максимума.

11