Определение сечения кабеля по допустимому току
Расчёт сечения кабеля по мощности и току: алгоритм расчетов при прокладке проводки
При строительстве дома или замене старой электропроводки необходимо произвести расчет проводника по его пропускной способности. Это защитит домашнюю сеть от перегрузки. Как производить расчет, что влияет на пропускную способность кабеля? Об этом будет указано ниже, но сначала вспомним, что такое электрический ток.
Для чего необходим расчет кабеля
Металл, из которого изготавливают жилы провода или кабеля, имеет какое-то сопротивление. Когда электроны, а в металлах именно они являются основными носителями заряда, сталкиваются с таким сопротивлением, они производят работу, нагревая проводник. Если сечение или диаметр провода достаточный, то такой нагрев незначительный, в противном случае нагрев будет существенным, а это уже грозит плохими последствиями.
Расчет необходимого сечения кабеля позволяет создать такие рабочие условия, при которых температура не будет повышаться выше допустимого значения. Второстепенная задача, которая стоит при расчете, может предусматривать подключение в дальнейшем дополнительного электрооборудования.
Для протяженных линий такое вычисление поможет определить потерю напряжения в самой дальней точке линии. При неправильном расчете для дальних потребителей напряжения может не хватить, особенно в час пик, что приведет к их неправильной работе или отказу вообще.
Может возникнуть и такая ситуация: расчет сечения проводов и кабелей был произведен правильно, но не был учтен график работы мощных потребителей. В этом случае может возникнуть перегрузка линии.
Что необходимо знать для правильного выбора провода?
При покупке провода или кабеля стремятся достичь оптимального соотношения цена – надежность. Что в это входит? Рассмотрим несколько составляющих:
- материал металла;
- количество проволок в жиле;
- защитные оболочки;
- соотношение цен проводов разного сечения;
- минимальный диаметр проводника.
В основном используют кабеля с медными или алюминиевыми жилами. Алюминий дешевле, но имеет большее сопротивление по сравнению с медью. С другой стороны, он легче и имеет защитную пленку из оксида алюминия.
Предостережение! Алюминий легко ломается, особенно если его надрезать при зачистке. Оксидная пленка имеет большое сопротивление, а это мешает соединять такой проводник с медью, которая усиливает окисление.
Поскольку электроны в основном движутся во внешнем слое проводника, то многопроволочные жилы способны пропускать больший ток, чем однопроволочные. Увеличение сечения провода в два раза увеличит его пропускную способность менее чем в два раза. Поэтому для экономии металла берут два и более провода меньшего сечения вместо одного с большим сечением.
Совет! Кабели с дополнительной защитой хуже сгибаются, тяжелее и уменьшают теплоотдачу. Кроме того, они дороже, поэтому без крайней необходимости ими лучше не пользоваться.
Используемые формулы выбора сечения кабеля позволяют подобрать нужный кабель, но они не учитывают автоматические выключатели, стоящие на защите сети. Поэтому необходимо также ориентироваться на используемые в квартире автоматы, а точнее, на их ток отсечки. Если выбранный провод не выдержит такой нагрузки, его нужно заменить проводом с большим сечением.
Что будет, если неправильно рассчитать сечение
Неправильный расчет может привести к двум противоположным результатам:
- кабель будет иметь недостаточное сечение;
- кабель будет иметь избыточное сечение.
В первом случае жилы кабеля будут перегреваться, изоляция будет быстрее стареть, при худшем сценарии возможно возгорание провода. Малое сечение может вызвать большое падение напряжение на самых дальних разъемах, это может вызвать отключение электроприбора или его неправильную работу. Несоответствие сечения кабеля к установленным автоматам, может сделать их бесполезными.
Если у кабеля сечение больше необходимого это приведет к ненужным материальным расходам, утяжелению проводки. С другой стороны, небольшой запас по сечению позволит в дальнейшем подключать дополнительные электроприборы, не меняя проводки.
Что влияет на нагрев проводов
Нагревание провода зависит от двух факторов:
- источника теплоты;
- эффективность охлаждения.
Тепло дают электроны. При движении по материалу они сталкиваются с атомами, вернее, с их внешними электронами и выбивают их с орбитали. В этот момент высвобождается энергия, в металлах это тепловая энергия. Поэтому, используя формулу расчета провода, обязательно нужно учитывать силу и плотность тока. Разберем это подробнее.
Упрощенно говоря плотность – количество электронов в поперечном срезе проводника. Зависит от самого материала и частично от напряжения. Особенно это заметно в полупроводниках, когда при увеличении напряжения увеличивается число носителей заряда. Сила тока – количество электронов, проходящих через поперечный срез за определенное время. Напрямую зависит от напряжения и сопротивления проводника.
Вывод. Чем больше плотность и сила тока, тем быстрее происходит нагрев металла.
Охлаждение кабеля зависит:
- от окружающей температуры;
- конструкции кабеля;
- способа прокладки;
- метода охлаждения.
Чем выше температура окружающей среды, тем большее сопротивление имеет кабель. Это увеличивает нагрев. Повышенная окружающая температура к тому же уменьшает охлаждение.
Чем больше слоев изоляции и чем она толще, тем хуже происходит отдача тепла. Открытые кабели охлаждаются быстрее, чем уложенные в каналы или короба. В горизонтальных коробах, где воздух стоит на месте, охлаждение хуже, чем в вертикальных, так как в последних происходит естественная циркуляция воздуха, улучшающая вентиляцию. Провода, проложенные на сквозняках или там, где работает вентилятор, будут охлаждаться лучше.
Как рассчитать сечение кабеля по мощности?
Для такого расчета имеются:
- таблицы;
- электронные калькуляторы;
- формулы.
Таблицы позволяют быстро, без дополнительных расчетов получить ответ. Однако это больше будет иметь рекомендательный расчет, не учитывающий особенности сети. Калькуляторы позволяют внести дополнительные условия и получить более точный ответ. Кто желает самостоятельно произвести расчет должен знать схему проведения вычислений. Формула сечения кабеля по мощности включает в себя:
- определение активной мощности для однофазной и полной мощности для трехфазной сети;
- по таблицам узнать коэффициенты: тепловые, потери, запас мощности и другие;
- определить силу тока;
- по таблице определить сечение, руководствуясь полученным значением тока.
Таблица сечения медного кабеля по току, ПУЭ-7
Пример расчета сечения кабеля по таблице можно посмотреть в ПУЭ – правила устройства электроустановок. Разные таблицы предназначены для определения сечения кабельных жил и проводов. Учитываются количество проводов, способ укладки. Для домашней сети, если провод уложен в лоток, это приравнивается к прокладке в трубе.
Таблица сечения алюминиевого кабеля по току, ПУЭ-7
Из-за разной проводимости ток для медного и алюминиевого провода с одинаковым сечением будет разный. Это отображено в таблицах. Причем таблицы могут быть отдельными для каждого металла или общими.
Выбор сечения кабеля по силе тока
Рассмотрим на практике, как можно пользоваться формулой расчета кабеля по току. Для однофазной сети используют следующую формулу: P = UI, где P – мощность в ваттах, U – напряжение в вольтах, I – сила тока в амперах. Определяем суммарную мощность электроприборов обычно работающих одновременно. Допустим, она составила 9, 85 кВт. Переводим в ватты, получается 9 850 Вт. Напряжение сети равно 230 В. Мощность делим на напряжение и получаем ток силой 42,8 А.
Будем покупать медный провод, проложенный в кабельном канале (трубе). Согласно таблице, два одножильных провода в трубе могут пропустить ток 46 А, если имеют сечение 6 мм2. Для алюминиевого провода это сечение будет равно 8 мм2, причем максимальный допустимый ток будет только 43 А.
Расчет сечения кабеля по длине
Иногда нужно рассчитать сечение длинного провода, например, переноску. Для этого нужно знать, какая максимальная мощность будет подключаться к нему. Пусть это будет 2,5 кВт или 2 500 Вт. По формуле выше находим ток:
округлим до 12 А. Определяем сечение по таблице для открытого провода, оно будет равно для медного провода 1,5 мм2. Падение напряжения на конце переноски не должно превышать 5%.
Возьмем провод длиной 30 метров и рассчитаем его сопротивление по формуле:
Такое значение вполне допустимо.
Зная, как произвести расчет сечения кабеля, помогает прокладывать надежные линии электроснабжения, не прибегая к помощи специалистов.
Таблица сечения проводов и нагрузки
Для чего нужен расчет сечения кабеля
К электрическим сетям предъявляются следующие требования:
- безопасность;
- надежность;
- экономичность.
Если выбранная площадь поперечного сечения провода окажется маленькой, то токовые нагрузки на кабели и провода будут большими, что приведет к перегреву. В результате может возникнуть аварийная ситуация, которая нанесет вред всему электрооборудованию и станет опасной для жизни и здоровья людей.
Если же монтировать провода с большой площадью поперечного сечения, то безопасное применение обеспечено. Но с финансовой точки зрения будет перерасход средств. Правильный выбор сечения провода — это залог длительной безопасной эксплуатации и рационального использования финансовых средств.
Правильному подбору проводника посвящёна отдельная глава в ПУЭ: «Глава 1.3. Выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны».
Осуществляется расчет сечения кабеля по мощности и току. Рассмотрим на примерах. Чтобы определить, какое сечение провода нужно для 5 кВт, потребуется использовать таблицы ПУЭ ( «Правила устройства электроустановок«). Данный справочник является регламентирующим документом. В нем указывается, что выбор сечения кабеля производится по 4 критериям:
- Напряжение питания (однофазное или трехфазное).
- Материал проводника.
- Ток нагрузки, измеряемый в амперах (А), или мощность — в киловаттах (кВт).
- Месторасположение кабеля.
В ПУЭ нет значения 5 кВт, поэтому придется выбрать следующую большую величину — 5,5 кВт. Для монтажа в квартире сегодня необходимо использовать провод из меди. В большинстве случаев установка происходит по воздуху, поэтому из справочных таблиц подойдет сечение 2,5 мм². При этом наибольшей допустимой токовой нагрузкой будет 25 А.
В вышеуказанном справочнике регламентируется ещё и ток, на который рассчитан вводный автомат (ВА). Согласно «Правилам устройства электроустановок«, при нагрузке 5,5 кВт ток ВА должен равняться 25 А. В документе указано, что номинальный ток провода, который подходит к дому или квартире, должен быть на ступень больше, чем у ВА. В данном случае после 25 А находится 35 А. Последнюю величину и необходимо брать за расчетную. Току 35 А соответствуют сечение 4 мм² и мощность 7,7 кВт. Итак, выбор сечения медного провода по мощности завершен: 4 мм².
Чтобы узнать, какое сечение провода нужно для 10 кВт, опять воспользуемся справочником. Если рассматривать случай для открытой проводки, то надо определиться с материалом кабеля и с питающим напряжением.
Например, для алюминиевого провода и напряжения 220 В ближайшая большая мощность будет 13 кВт, соответствующее сечение — 10 мм²; для 380 В мощность составит 12 кВт, а сечение — 4 мм².
Расчет токовой нагрузки
Это самое точное значение вычисления, проводимого по нагрузке тока. Для этого используется формула:
- I – это сила тока;
- P – суммарная мощность;
- U – напряжение в сети ( в данном случае 220 В);
- cos φ – коэффициент мощности.
Есть формула и для трехфазной электрической сети:
Именно по показателю силы тока определяется сечение кабеля по тем же таблицам в ПУЭ. И опять приведем несколько примеров.
- Сила тока 19 А – сечение кабеля 1,5 мм².
- 27 А – 2,5 мм².
- 46 А – 6 мм².
Как и в случае определения сечения по мощности, здесь также лучше всего умножить показатель силы тока на повышающий коэффициент 1,5.
Расчет сечения кабеля по мощности и длине
Длина кабеля влияет на потерю напряжения. Таким образом, на конце проводника напряжение может уменьшиться и оказаться недостаточным для работы электроприбора. Для бытовых электросетей этими потерями можно пренебречь. Достаточно будет взять кабель на 10-15 см длиннее. Этот запас израсходуется на коммутацию и подключение. Если концы провода подсоединяются к щитку, то запасная длина должна быть еще больше, т. к. будут подключаться защитные автоматы.
При укладке кабеля на большие расстояния приходиться учитывать падение напряжения. Каждый проводник характеризуется электрическим сопротивлением. На данный параметр влияют:
- Длина провода, единица измерения — м. При её увеличении растут потери.
- Площадь поперечного сечения, измеряется в мм². При её увеличении падение напряжения уменьшается.
- Удельное сопротивление материала (справочное значение). Показывает сопротивление провода, размеры которого 1 квадратный миллиметр на 1 метр.
Падение напряжения численно равняется произведению сопротивления и тока. Допустимо, чтобы указанная величина не превышала 5%. В противном случае надо брать кабель большего сечения. Алгоритм расчета сечения провода по максимальной мощности и длине:
- В зависимости от мощности P, напряжения U и коэффициента cosф находим ток по формуле: I=P/(U*cosф). Для электросетей, которые используются в быту, cosф = 1. В промышленности cosф рассчитывают как отношение активной мощности к полной. Последняя состоит из активной и реактивной мощностей.
- С помощью таблиц ПУЭ определяют сечение провода по току.
- Рассчитываем сопротивление проводника по формуле: Rо=ρ*l/S, где ρ — удельное сопротивление материала, l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения. Необходимо учесть ток факт, что ток идет по кабелю не только в одну сторону, но и обратно. Поэтому общее сопротивление: R = Rо*2.
- Находим падение напряжения из соотношения: ΔU=I*R.
- Определяем падение напряжения в процентах: ΔU/U. Если полученное значение превышает 5%, тогда выбираем из справочника ближайшее большее поперечное сечение проводника.
Плотность тока
При проведении выбора сечения провода необходимо знать некоторые показатели. Так, например величина плотности тока в таком материале как медь составляет от 6 до 10 А/мм2. Такой показатель является результатом многолетних наработок специалистов и принимается исходя из основных правил регламентирующих устройство электрических установок.
В первом случае при плотности в шесть единиц предусмотрена работа электрической сети в длительном рабочем режиме. Если же показатель составляет десять единиц, то следует понимать, что работа сети возможна не длительное время во время периодических коротких включений.
Поэтому производить выбор толщины необходимо именно по данному допустимому показателю.
Приведенные выше данные соответствуют медному кабелю. Во многих электрических сетях до сих пор применяются и алюминиевые провода. При этом медный кабель в сравнении с последним типом провода имеет свои неоспоримые преимущества.
К таковым можно отнести следующее:
- Медный кабель обладает намного большей мягкостью и в тоже время показатель его прочности выше.
- Изделия, изготовленные из меди более длительное время не подвержены процессам окисления.
- Пожалуй, самым главным показателем медного кабеля есть его более высокая степень проводимости, а значит и лучший показатель по плотности тока и мощности.
К самому главному недостатку такого кабеля можно отнести более высокую цену на него.
Показатель плотности тока для алюминиевого провода находится в диапазоне от четырёх до шести А/мм2. Поэтому его можно применять в менее ответственных сооружениях. Так же данный тип проводки активно применялся в прошлом веке при строительстве жилых домов.
Какая толщина кабеля должна быть
Например, чтобы найти толщину силового кабеля для розетки, необходимо вычислить, сколько приборов будет питаться в каждой комнате. От этого зависит площадь сечения проводника.
Вам это будет интересно Провод греющий для труб
Электроустановка
Если общая мощность приборов не будет превышать 3кВт, подойдет кабель с сечением до 2,5 мм. Кухня считается самой загруженной зоной (плита, микроволновка, холодильник, комбайны и так далее), необходимо будет пропустить дополнительную линию с площадью сечения проводов от 3 до 6 мм. Но это индивидуально и зависит от мощности приборов в кухне.
Для стандартной розетки в комнате необходим проводник с сечением 2,5 мм², для кухни или ванной желательно подбирать не меньше 4 мм²,. Для осветительных групп будет достаточно 1,5 мм². Нужно также помнить о том, что для кухни обязательно выполняется заземление, иначе может случиться КЗ.
Выбор кабеля по току
Еще несколько лет назад для проводки в доме использовали алюминий. Позже начали выпускать медные кабели, которые имеют больше преимуществ, а также безопасны для человека.
Пан электрик
При постройке новых домов по ГОСТу прокладывается медный кабель. Опытные электрики рекомендуют не экономить на безопасности и подключать медную проводку.
Можно сделать подбор кабеля по току. В таком случае необходимо также посчитать количество приборов в доме и рассчитать максимальный ток. Далее эти показатели складываются и сечение ищется с помощью таблицы. Ниже представлены четыре таблицы для определения сечение по мощности.
Выбираем по мощности
Перед выбором сечения кабеля по мощности надо рассчитать ее суммарное значение, составить перечень электроприборов, находящихся на территории, к которой прокладывают кабель. На каждом из устройств должна быть указана мощность, возле нее будут написаны соответствующие единицы измерения: Вт или кВт (1 кВт = 1000 Вт). Затем потребуется сложить мощности всего оборудования и получится суммарная.
Если же выбирается кабель для подключения одного прибора, то достаточно информации только о его энергопотреблении. Можно подобрать сечения провода по мощности в таблицах ПУЭ.
Таблица 1. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с медными жилами
| Сечение токопроводящей жилы, мм² | Для кабеля с медными жилами | |||
| Напряжение 220 В | Напряжение 380 В | |||
| Ток, А | Мощность, кВт | Ток, А | Мощность, кВт | |
| 1,5 | 19 | 4,1 | 16 | 10,5 |
| 2,5 | 27 | 5,9 | 25 | 16,5 |
| 4 | 38 | 8,3 | 30 | 19,8 |
| 6 | 46 | 10,1 | 40 | 26,4 |
| 10 | 70 | 15,4 | 50 | 33 |
| 16 | 85 | 18,7 | 75 | 49,5 |
| 25 | 115 | 25,3 | 90 | 59,4 |
| 35 | 135 | 29,7 | 115 | 75.9 |
| 50 | 175 | 38.5 | 145 | 95,7 |
| 70 | 215 | 47,3 | 180 | 118,8 |
| 95 | 260 | 57,2 | 220 | 145,2 |
| 120 | 300 | 66 | 260 | 171,6 |
Таблица 2. Подбор сечения провода по мощности для кабеля с алюминиевыми жилами
| Сечение токопроводящей жилы, мм² | Для кабеля с алюминиевыми жилами | |||
| Напряжение 220 В | Напряжение 380 В | |||
| Ток, А | Мощность, кВт | Ток, А | Мощность, кВт | |
| 2,5 | 20 | 4,4 | 19 | 12,5 |
| 4 | 28 | 6,1 | 23 | 15,1 |
| 6 | 36 | 7,9 | 30 | 19,8 |
| 10 | 50 | 11,0 | 39 | 25,7 |
| 16 | 60 | 13,2 | 55 | 36,3 |
| 25 | 85 | 18,7 | 70 | 46,2 |
| 35 | 100 | 22,0 | 85 | 56,1 |
| 50 | 135 | 29,7 | 110 | 72,6 |
| 70 | 165 | 36,3 | 140 | 92,4 |
| 95 | 200 | 44,0 | 170 | 112,2 |
| 120 | 230 | 50,6 | 200 | 132,2 |
Какая разрешенная мощность по сечению провода
Таблица допустимой мощности провода:
| Сечение провода, милиметр | Число шин на фазу | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| 60×5 | 655 | 1140 | |
| 65×5 | 755 | 1330 | 1780 |
| 85×5 | 1100 | 1640 | 2170 |
| 110×5 | 1250 | 1900 | 2555 |
| 130×5 | 1350 | 2200 | 3300 |
| Допустимая пропускная способность, которая действует для медного проводника | |||
| Сечение электропровода, милиметр | Число шин на фазу | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| 60×5 | 700 | 1000 | |
| 65×5 | 750 | 1200 | 1700 |
| 85×5 | 900 | 1350 | 1950 |
| 110×5 | 1100 | 1650 | 2300 |
| 130×5 | 1200 | 1950 | 2750 |
Вам это будет интересно Описание сетевого кабеля
Полный список параметров можно найти в интернете.
Выбор сечения проводов автомобильной проводки
Электрический ток, проходя по любому проводнику, нагревает его.
Если проводник нагрет незначительно, то выделяемое им тепло быстро рассеивается в воздухе й температура проводника остается сравнительно небольшой. При увеличении тока в проводнике, естественно, возрастет и количество выделяемого тепла, которое, не успевая рассеиваться в воздухе (так как поверхность охлаждения данного проводника остается неизменной), приведет к значительному повышению температуры проводника.
В результате может загореться изоляция проводника, а при значительном токе может расплавиться металл проводника. Кроме того, нагревание провода свидетельствует о том, что часть электрической энергии теряется бесполезно в проводах, или, как говорят, в проводах происходит падение напряжения. От этого понижается напряжение, подводимое к потребителям.
Совсем избежать нагревания проводов невозможно. Тем не менее потери электрической энергии могут быть небольшими, если правильно выбрать сечение провода.
Существуют нормы наибольшего допустимого тока для каждого стандартного сечения проводника.
Выбор сечения провода по этим нормам называется расчетом по допустимому току (плотности тока).
Следует помнить, что этот метод применим только для проводов сравнительно коротких электрических цепей, какими являются, например, цепи зажигания и электрооборудования на автомобилях. По этому же методу можно выбирать провода, подходящие от распределительного щитка к электромотору какого-либо станка или устройству для зарядки аккумуляторных батарей и т. д.
Наибольший допустимый ток в изолированных проводах при открытой проводке
| Площадь поперечного сечения провода в кв. мм | Наибольший допустимый ток в а | |
| для провода с медной жилой | для провода с алюминиевой жилой | |
| 0,75 | 9 | — |
| 1 | 11 | 9 |
| 1,5 | 14 | 11 |
| 2,5 | 20 | 14 |
| 4 | 25 | 20 |
| 6 | 31 | 25 |
| 10 | 43 | 31 |
| 16 | 75 | 43 |
| 25 | 100 | 75 |
| 35 | 125 | 100 |
| 50 | 160 | 125 |
| 70 | 200 | 160 |
| 95 | 240 | 200 |
| 120 | 280 | 240 |
Данные для выбора сечения проводника по плотности тока приведены в табл. 5 и 6. Табл. 5 служит для выбора сечений изолированных проводов открытой проводки, применяемой для осветительной и силовой сети, мастерских, зарядных станций и временных электрических установок полевого типа (зарядных устройств, освещения и пр.). На автомобилях, где условия охлаждения проводов значительно хуже, приходится брать пониженную плотность тока; данные для расчета сечения этих проводов, независимо от их марки, приведены в табл. 6.
Таблица 6
Наибольший допустимый ток в изолированных проводах, применяемых на автомобилях
| Площадь поперечного сечения проводника в кв» мм | Наибольший допустимый ток в а |
| 1,0 | 3 |
| 1.5 | 6 |
| 2,5 | 15 |
| 4 | 20 |
| 6 | 25 |
| 10 | 35 |
| 16 | 50 |
| 25 | 70 |
| 35 | 80 |
| 50 | 90 |
| 70 | 100 |
| 95 | 125 |
| 120 | 150 |
Марка провода при выборе сечения его жилы в зависимости от проходящего тока во внимание не принимается.
Пример 1. Необходимо определить, какого сечений следует поставить соединительный провод между генератором и аккумуляторной батареей на автомобиле, если зарядный ток в указанной цепи не превышает 12 а.
Так как провод будет проложен на автомобиле, поэтому подбирать его сечение следует по табл. 6. Из таблицы видно, что ток в 12 а находится между 6 и 15 а, которым соответствуют провода сечением 1,5 и
2,5 кв. мм. Так как 12 а больше б а, то сечение в 1,5 кв. мм принять нельзя, а приходится брать ближайшее большее, т. е. 2,5 кв. мм, которому соответствует наибольший ток в 15 а.
Пример 2. В ремонтной мастерской необходимо сделать проводку тока от распределительного щитка к электромотору токарного станка. Мощность электромотора 5 кет при напряжении 220 в. Какого сечения взять медный провод?
Прежде всего определим ток, потребляемый электромотором при полной нагрузке.
Для этого мощность электромотора (5 квт = 5 000 вт) разделим на напряжение (220 в).
5000 / 220 = 22.8 а
Теперь, пользуясь табл. 5 (для открытой проводки), устанавливаем, что 22,8 а находится между 20 и 25 а, которым соответствуют сечения 2,5 и 4 кв. мм. Принимаем ближайшее большее сечение провода — 4 кв. мм.
В тех случаях, когда провода служат для кратковременного подведения тока к какому-либо потребителю, как, например, к стартеру, а длина проводов невелика, наибольший допустимый ток для данного сечения проводника может быть увеличен в четыре-пять раз.
Выбор сечений линий электропередачи
Основным принципом выбора при проектировании сечений проводов и кабелей линий электропередачи должен быть принцип экономической целесообразности варианта электрической сети, для сооружения которой эти линии предназначаются. Количественной характеристикой этого условия служит минимальное значение используемого экономического функционала на сооружение и эксплуатацию линии сети, выполненной выбранными проводами и кабелями [1] , [2] , [3] , [4] , [5] , [6] .
| Напряжение, кВ | Сечение фазы ВОЛ, мм2 | Пропускная способность ВЛ, МВт | Длина линии электропередачи, км | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Натуральная | При плотности тока 0,9 А/мм2 | Предельная (КПД — 0,9) | Средняя между двумя соседними ПС | ||
| 110 | 70-240 | 30 | 11-37 | 80 | 25 |
| 150 | 150-300 | 60 | 31-63 | 250 | 20 |
| 220 | 240-400 | 135 | 74-123 | 400 | 100 |
| 330 | 2х240-2х400 | 360 | 221-368 | 700 | 130 |
| 500 | 3х330-3х500 | 900 | 630-1064 | 1 200 | 280 |
| 750 | 5х300-5х400 | 2 100 | 1500-2000 | 2 200 | 300 |
| 1 150 | 8х300-х500 | 5 200 | 4000-6000 | 3 000 | — |
Провода и кабели различаются материалом и номинальным сечением токоведущей части, поэтому при проектировании выбираются сечения проводов и кабелей, а также материал, из которого они должны быть выполнены.
Для воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше применяются сталеалюминевые провода марок АС, АСО, реже АСУ. Сети с меньшими номинальными напряжениями чаще выполняются алюминиевыми проводами. С учетом этих условий, отражающих имеющийся опыт проектирования, выбору подлежат лишь сечения проводов воздушных линий.
Согласно ПУЭ [7] выбор сечений линий электропередачи постоянного и переменного токов напряжением 330 кВ и выше, а также линий межсистемных связей выполняется на основе технико-экономических расчётов.
При проектировании кабельных линий электропередачи необходимо решать одновременно задачи выбора материала и сечения линии. В качестве материала токоведущей части кабелей могут использоваться алюминий и медь.
При выборе проводов и кабелей по условию экономической эффективности принимаются во внимание нормальные длительные рабочие режимы электрических сетей. Как правило, к таким режимам относятся нормальные режимы максимальных нагрузок, однако для отдельных линий максимальная длительная их загрузка может наступить в режиме минимальных нагрузок. Таким примером может быть режим работы линии связи между районом, характеризующимся избыточной генерацией и электростанциями с неизменными графиками работы, и остальной электрической системой. Очевидно, что по линии связи в режиме минимальных нагрузок передается большая мощность, чем в максимальном, такой режим является нормальным рабочим режимом и его следует принимать в качестве расчётного.
При выборе сечений проводов и кабелей приходится учитывать ограничения по нагреву и по потере напряжения. По условиям допустимого нагрева должны проверяться при проектировании сечения всех сетей независимо от их конструктивного выполнения и назначения [1] , [2] , [3] . Проверке подвергаются сечения, выбранные как по экономическому критерию, так и по другим условиям, например по критерию качества. При проверке по нагреву рассматриваются нормальные, ремонтные режимы или послеаварийные режимы, в которых по проектируемой линии длительно протекают наибольшие токи.
Требования поддерживать необходимый уровень напряжения на шинах потребителей влияют на выбор сечений проводов и кабелей, особенно эта проблема возникает в местных сетях при ограниченном применении устройств регулирования напряжения. Поэтому при выборе сечений проводов и кабелей местных сетей необходимо обеспечить такую максимальную потерю напряжения в них, чтобы она не превосходила допускаемого значения, что является условием обеспечения потребителей электроэнергией требуемого качества.
При проектировании районных электрчиеских сетей ограничение по потере напряжения не учитывается. Объясняется это прежде всего тем, что потребители электроэнергии связаны с линиями районной сети трансформаторами и автотрансформаторами, способными регулировать напряжение в распределительных сетях. Другой причиной является сравнительно малая зависимость потерь напряжения от сечений проводов в таких сетях, поскольку в сетях напряжением 35 кВ и выше потери напряжения определяются реактивными сопротивлениями, которые практически не зависят от сечений. Указанные причины позволяют при выборе сечений проводов линий районных сетей отказаться от учета ограничения, связанного с сохранением допустимой потери напряжения в сети.
В сетях 110 кВ и выше при проектировании передачи воздушными линиями принимаются во внимание другие ограничения. Одно из них определяется необходимостью предотвращения развития коронного разряда на проводах. Характеристики короны определяются величиной напряженности электрического поля на поверхности провода, которая при прочих равных условиях зависит от кривизны этой поверхности и, следовательно, от диаметра провода. При малых диаметрах напряженность электрического поля велика, увеличение диаметра может снизить величину этой напряженности до значений, при которых корона либо вообще не развивается, либо проявляется в незначительной степени.
В ПУЭ указаны минимально допустимые диаметры проводов воздушных линий, выполненных сплошными проводами [7] :
- для линии напряжением 110 кВ — 11,3 мм;
- для линий 150 кВ — 15,2 мм;
- для линий 220 кВ — 21,6 мм.
Ограничение минимально допустимых диаметров сталеалюминиевых проводов воздушных линий сводится к ограничению минимальных сечений для различных классов номинальных напряжений:
- для линии напряжением 110 кВ — АС‑70;
- для линий 150 кВ — АС‑120;
- для линий 220 кВ — АСО‑240.
Для линий 330, 500, 750 и 1150 кВ, выполняемых расщепленными проводами, правилами вводится требование обеспечить соответствующим выбором диаметра и числа проводов в фазе напряженность электрического поля, не превышающую 26 кВ/см.
Провода воздушных линий электрической сети испытывают значительные механические нагрузки. Уменьшение диаметра проводов сверх определенных значений может привести к их обрыву, поэтому вводится ограничение для диаметров проводов воздушных линий и по условию механической прочности.
Следует отметить, что для определения сечений по различным условиям можно использовать несколько методик, дающих один и тот же результат. Первая методика предполагает нахождение стандартного сечения по каждому условию и дальнейший выбор наибольшего из них. Вторая заключается в первоначальном выборе сечения проводника по одному, наиболее определяющему условию, например по экономическому критерию, и в дальнейшей проверке этого сечения по другим условиям, например по допустимой потере напряжения или по нагреву.
На практике обычно применяется более простая вторая методика. При её использовании важное значение имеет определение основного условия, в соответствии с которым первоначально выбирается сечение. Это условие зависит от характера сети и нагрузки и может быть различным для системообразующих, распределительных, городских, промышленных и сельских сетей.
В системообразующих и распределительных сетях 35 кВ и выше выбор сечений выполняется по условию экономичности, при этом ограничения по допустимым потерям напряжения и нагреву обычно заведомо выполняются.
Особенности выбора сечений в распределительных сетях 0,38–20 кВ обусловлены необходимостью одновременно учитывать при выборе сечений условия экономичности, допустимых потерь напряжения и нагрева.
С учетом опыта проектирования сечения в сетях 6–20 кВ определяются по экономической плотности тока, по допустимой потере напряжения и по допустимому нагреву. Сечения в сетях до 1 кВ определяются только по допустимой потере напряжения и по допустимому нагреву [1] , [2] , [3] , [5] .
