Допустиме навантаження на проводи та кабелі

План лекції

ЗА ДОПУСТИМИМ НАГРІВАННЯМ

РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ

Контрольні запитання

1. Що таке час максимальних втрат?

2. Від чого залежать втрати електричної енергії в ПЛ?

3. Від чого залежать втрати енергії в силових трансформаторах?

4. Поняття «втрати потужності в міді» та «втрати потужності в сталі трансформатора».

5. Що таке метод строку окупності? Де його застосовують?

6. Що таке приведені витрати на передачу і розподілення електроенергії?

7. Коли приведені витрати на передачу електроенергії будуть мінімальними?

8. Що таке економічна густина струму?

9. Як вибирають переріз проводу за економічною густиною струму?

10. Як визначається еквівалентний струм в лінії?

11. Що таке економічний інтервал навантаження?

12. Алгоритм визначення перерізу проводів в лініях 0,38…10 кВ методом економічних інтервалів.

13. Що таке «основний» та «додатковий» переріз проводів?

14. За якими показниками перевіряють вибрані перерізи проводів?

1 Допустимі навантаження на проводи та кабелі.

2 Вибір плавких запобіжників та автоматичних вимикачів.

3 Вибір перерізу проводів за допустимим нагріванням.

Література: 1 с.16-38; 2 с.17-33; 3 с.83-90; 4 с. 83-90; 5 с.101-131;
6 с.19-34; 8 с.32-42; 9 с.120-123; 10 с.22-37.

При протіканні по проводу електричного струму в ньому виділяється теплота ,Дж, яка згідно із законом Джоуля-Ленца дорівнює:

, (5.1)

де – сила струму, що протікає по провіднику, А;

– активний опір провода, Ом;

– час протікання струму, год.

Провід нагрівається струмом, що протікає по ньому, до температури, при якій кількість теплоти, яку отримує провід дорівнює кількості теплоти, яка віддається його поверхнею у навколишнє середовище.

Втрати теплоти проводами (голими або ізольованими) та кабелями, що прокладені на повітрі відбуваються за рахунок: конвекції (теплового руху повітря навколо провода), променевого теплообміну та теплопровідності повітря.

У кабелів, які прокладені безпосередньо в землі відведення теплоти відбувається лише за рахунок теплопровідності ґрунту.

Для неізольованих проводів ліній електропередачі та для неізольованих проводів, що прокладені всередині приміщень максимальна допустима температура t не повинна перевищувати 70⁰С. Це пояснюється, по-перше, необхідністю створення надійних з’єднань і, по-друге, необхідністю забезпечення пожежної безпеки.

Тепловий процес в ізольованих проводах і кабелях проходить аналогічно до процесу в голих проводах, але ізоляція змінює умови охолодження – вона створює додатковий тепловий опір, але при цьому збільшується поверхня охолодження.

Максимально допустима температура для ізольованих проводів з ізоляцією із різних матеріалів може мати наступні значення:

55 ⁰С – для проводів із звичайною гумовою ізоляцією;

65 ⁰С – для проводів із гумовою теплостійкою ізоляцією;

70 ⁰С – для проводів із полівінілхлоридною ізоляцією.

Максимально допустима температура для кабелів із паперовою ізоляцією в металевій (свинцевій або алюмінієвій) оболонці:

80 ⁰С – при напрузі 3 кВ;

65 ⁰С – при напрузі 6 кВ;

60 ⁰С – при напрузі 10 кВ;

50 ⁰С – при напрузі 20 та 35 кВ.

При виборі перерізу проводів за допустимим нагріванням необхідно визначити струм, який можна пропустити через провід при заданих умовах, так щоб його температура не перевищила допустиму.

Для розрахунку проводів за допустимим нагріванням, крім максимально допустимої температури проводу t необхідно також знати температуру повітря або ґрунту t₀.

За розрахункову температуру t₀ приймають середньомісячну температуру оточуючого середовища о 13 ⁰⁰ найтеплішого місяця. Для проводів, що прокладені всередині приміщень за розрахункову приймають максимальну середньомісячну температуру повітря.

Згідно із (5.1), при проходженні електричного струму по проводу в ньому виділяється певна кількість теплоти . В цей же час, із поверхні проводу в середовище, що його оточує виділяється (розсіюється) теплота , Дж, яка визначається за виразом:

, (5.2)

де – коефіцієнт теплової віддачі поверхні проводу, Вт/(м² ×⁰С);

– площа поверхні проводу, м²;

– температура середовища, що оточує провід, ⁰С;

– температура поверхні проводу, ⁰С

– час протікання струму, години.

У випадку, коли температура проводу встановилася, ми маємо, що кількість теплоти яка виділяється в проводі дорівнює кількості теплоти яка віддається в середовище, що його оточує, тобто

, (5.3)

або

. (5.4)

Із виразу (5.4) можемо виразити квадрат струму:

. (5.5)

Нам відомо, що площа поверхні проводу визначається за виразом:

, (5.6)

а опір проводу певної довжини та діаметру визначається за виразом:

, (5.7)

де – довжина проводу, м;

– питома провідність матеріалу провода, См/м

– переріз проводу, м²;

– діаметр проводу, м.

Тоді вираз (5.5) прийме вигляд:

. (5.8)

. (5.9)

Із виразу (5.9) можна зробити висновок, що струм , протікаючи по проводу, при заданих параметрах проводу і навколишнього середовища, не нагріває його вище допустимої максимальної температури t.

На основі виразу (5.9) в ПУЕ наведено таблиці допустимих струмів для проводів різного перерізу. Вказані таблиці складені для відповідної температури повітря і ґрунту:

= 25 ⁰С – для повітря;

= 15 ⁰С – для ґрунту.

Вираз (5.9) можна використовувати для визначення величин при переході до інших умов роботи проводу.

Допустимий струм, який наведено в таблицях ПУЕ необхідно привести до реальних умов (до реальної температури). Для цієї мети використовують поправковий температурний коефіцієнт.

. (5.10)

Якщо розділити (5.9) на (5.10) отримаємо:

, (5.11)

або

, (5.12)

де – поправковий температурний коефіцієнт.

Коефіцієнт також приймається за таблицями ПУЕ, гл. 1.3.

– для повітря; – для грунту.

Користуючись виразом (5.9) можна визначати для інших умовах, які відрізняються від розглянутих (інший матеріал проводу, інша температура та ін).

Із збільшенням перерізу проводу зменшується допустима густина струму в провіднику. Це пояснюється тим, що при збільшенні діаметра проводу переріз зростає пропорційно квадрату діаметра (), а його поверхня збільшується пропорційно першому степеню діаметра (). Тобто із збільшенням діаметру провода, поверхня, що приходиться на одиницю перерізу зменшується, відповідно погіршуються умови охолодження провода. У зв’язку із цим, іноді доцільно прокладати замість одного провода два, із сумарним перерізом меншим ніж переріз одного проводу.

Для повітряних ліній електропередачі дуже рідко вибирають переріз проводів за допустимим нагріванням. В цьому випадку їх вибирають за допустимою втратою напруги або за економічною густиною струму.

При короткому замиканні або при перевантаженні, коли стум в проводі перевищує номінальні значення, проводка повинна автоматично відключатися, інакше може загорітися ізоляція. Для автоматичного відключення проводки при перевищенні встановлених значень струму застосовують апарати захисту – плавкі запобіжники, автоматичні вимикачі та ін.

Якщо проводка захищена запобіжниками або автоматами, то розрахунок електричної мережі починають з вибору апаратів захисту.