Výpočet a výběr průřezu vodičů pro vytápění.

Volba elektrického vodiče podle přípustného ohřevu provozním proudem

Pro výpočet průřezu elektrického vodiče podle dovoleného ohřevu je nutné vypočítat množství elektrického proudu procházejícího tímto vodičem. Odhadovaný elektrický proud je určen výrazem:

Icalc u3d Rcalc / (√ (XNUMX) ∙ Unom ∙ cos⁡φ ), A;

– kde P calc – jmenovitý výkon, W;

– cos⁡φ – vážený průměrný účiník.

Podle výsledků výpočtů v závislosti na napětí a provedení elektrických vodičů v souladu s PUE, GOST a technickými údaji výrobce vybereme průřez vodivého jádra a typ vodiče.

Vypočítaný elektrický proud musí být menší, než je přípustné:

Idop ≥ Icalc;

kde přidávám – přípustný proud elektrického vodiče je vybrán z referenčních údajů s přihlédnutím ke všem korekčním faktorům podle PUE;

Při výpočtu používáme následující koeficienty:

0,93 – korekční faktor pro 4žilový kabel (GOST R 5-53769 “Silové kabely s plastovou izolací pro jmenovité napětí 2010; 0,66 a 1 kV. Všeobecné specifikace.”);

0,8 – korekční faktor pro počet uložených pracovních kabelů ležících v zemi, v trubkách nebo bez trubek (tabulka PUE 1.3.26).

Tabulka 1.3.26. Korekční faktor pro počet pracovních kabelů ležících poblíž v zemi (v trubkách nebo bez trubek)

1,15 – přípustné přetížení kabelu v nouzovém režimu (PUE 1.3.6. “Po dobu eliminace pohavarijního režimu pro kabely s polyetylenovou izolací je povoleno přetížení do 10% a pro kabely s PVC izolací do 15 % jmenovitého po dobu maximálního zatížení v trvání nejvýše 6 hodin denně po dobu 5 dnů, pokud zatížení ve zbývajících časových obdobích těchto dnů nepřekročí jmenovité.

Maximální přípustné teploty ohřevu kabelů a vodičů

Tok elektrického proudu vodičem způsobuje jeho zahřívání. Množství tepla generovaného, ​​když proud protéká vodičem, bude úměrné druhé mocnině proudu, odporu vodiče a době toku:

Kde: Q – množství uvolněného tepla, J;

I je hodnota protékajícího proudu A;

R – odpor vodiče, Ohm;

t je provozní doba;

V procesu generování tepla začne teplota drátu nebo kabelu překračovat okolní teplotu. V souladu s tím začne proces přenosu tepla drátem do prostředí. Tento proces bude pokračovat, dokud není dosaženo tepelné rovnováhy – kdy se množství tepla, které kabel odevzdává do okolí, rovná množství tepla přijatého tokem elektrického proudu. V tomto případě již nedojde k nárůstu teploty vodiče nebo kabelu.

Teplota, při které dochází k tepelné rovnováze, se nazývá ustálený stav nebo nominální. V praxi se často používá koncept teploty přehřátí, který se rovná teplotnímu rozdílu mezi drátem a prostředím:

Příliš vysoká teplota vodičů a kabelů vede k předčasnému vysychání izolace, u vodičů bez izolace k urychlené oxidaci připojovacích kontaktů a v důsledku toho ke zhoršení vodivosti. Kromě toho může přehřátí nad přípustné hodnoty vést k požárům. Proto jsou v PUE stanoveny následující přípustné maximální dlouhodobé teploty vodičů a kabelů:

Teplota vodiče nedosáhne své ustálené hodnoty okamžitě, ale až po určité době po zapnutí.

Zákon změny množství ohřevu vodiče lze vyjádřit následujícím vzorcem:

Kde: τset – přehřátí v ustáleném stavu pro určitou proudovou zátěž, 0С;

e je základ přirozených logaritmů (e = 2,71);

T je časová konstanta ohřevu, to je doba, za kterou by se vodič mohl dostat do ustáleného stavu přehřátí, pokud by nedocházelo k odvodu tepla do okolí;

Podle toho po odpojení vodiče od sítě začíná proces jeho ochlazování na okolní teplotu. Tento proces lze popsat rovnicí:

Níže jsou uvedeny grafy vytápění a chlazení τ = f(t):

Hodnoty časových konstant ohřevu přímo závisí na typu vedení, materiálu vodiče, jeho izolaci a průřezu. Časové konstanty ohřevu jsou stanoveny experimentálně.

Výše uvedené vzorce umožňují nastavit, za jak dlouho přehřátí vodiče dosáhne nastavené hodnoty.

V případě proměnlivého zatížení lze použít jednu z metod a proces ohřevu lze považovat za součet dvou procesů – ohřev z τ = 0 na τst a chlazení z τ0 na τ = 0, tj.

Tento vzorec je použitelný při výpočtu vodičů a kabelů s proměnným zatížením.

Křivky přehřátí pro takový případ jsou uvedeny níže:

Výběr průřezu elektrických vodičů podle ekonomické proudové hustoty.

Vypočítáme, ekonomicky únosný úsek se určí z poměru:

Sek u2d Icalc / Jek, mm ^ XNUMX;

kde Jek je normalizovaná hodnota hustoty ekonomického proudu, (tabulka 1.3.36 PUE);

Tabulka 1.3.36. Ekonomická proudová hustota

I_calc – jmenovitý proud, A.

Průřez získaný jako výsledek zadaného výpočtu se zaokrouhlí nahoru na nejbližší standardní průřez. Jmenovitý proud se odebírá pro normální provoz, tzn. nárůst proudu v pohavarijním a opravárenském režimu sítě se nebere v úvahu.

Vodiče uvedené v článku 1.3.28 PUE nepodléhají ověřování podle ekonomické hustoty proudu. “1.3.28. Následující položky nepodléhají ověření podle hustoty ekonomického proudu:

– sítě průmyslových podniků a staveb s napětím do 1 kV s počtem hodin využití maximálního zatížení podniků do 4000-5000;

– odbočky k jednotlivým elektrickým přijímačům s napětím do 1 kV, jakož i osvětlovací sítě průmyslových podniků, obytných a veřejných budov;

– přípojnice elektrických instalací a přípojnice v otevřených a uzavřených rozváděčích všech napětí;

– vodiče jdoucí do rezistorů, startovacích reostatů atd.;

– sítě dočasných struktur, stejně jako zařízení s životností 3-5 let.

Legislativní základna Ruské federace

aktuální verze 09.04.2003

• “Bulletin of Gosenergonadzor”, N 3, N 4, 2002
• “Knihovna inženýra ochrany práce”, N 1 – 2, N 4, N 6, 2003
• M., Nakladatelství NTs ENAS, 2003

„PRAVIDLA PRO PROJEKTOVÁNÍ ELEKTRICKÝCH INSTALACÍ. ODDÍL 1. OBECNÁ PRAVIDLA (vydání 7) “(schváleno vyhláškou Ministerstva energetiky Ruské federace ze dne 08.07.2002 N 204)

Výběr průřezů vodičů pro vytápění

1.3.2. Vodiče jakéhokoli určení musí splňovat požadavky na maximální přípustné vytápění s přihlédnutím nejen k normálním, ale i pohavarijním režimům, jakož i k režimům v době opravy a případné nerovnoměrné rozložení proudů mezi linkami, úseky autobusů apod. Při při kontrole topení se odebírá půlhodinové maximum proudu, největší z průměrných půlhodinových proudů daného síťového prvku.

1.3.3. V případě přerušovaných a krátkodobých provozních režimů energetických přijímačů (s celkovou dobou cyklu do 10 minut a pracovní dobou nepřesahující 4 minuty) by se měl proud redukovaný na dlouhodobý režim brát jako vypočítaný proud pro kontrolu průřezu vodičů pro vytápění. kde:

1) pro měděné vodiče do průřezu 6 mm2 a pro hliníkové vodiče do 10 mm2 se bere proud jako u instalací s dlouhodobým provozem;

2) pro měděné vodiče s průřezem větším než 6 mm2 a pro hliníkové vodiče s průřezem větším než 10 mm2 se proud určí vynásobením dovoleného trvalého proudu faktorem , kde T_pv. – vyjádřeno v relativních jednotkách, trvání pracovní doby (doba trvání zařazení ve vztahu k délce cyklu).

1.3.4. Pro krátkodobý provoz s dobou sepnutí nepřesahující 4 minuty a přerušeními mezi zapnutími dostatečnými k ochlazení vodičů na okolní teplotu by měly být maximální povolené proudy stanoveny podle norem pro opakovaný krátkodobý provoz ( viz 1.3.3). Při době zapnutí delší než 4 minuty a také při nedostatečně dlouhých přestávkách mezi zahrnutím by měly být stanoveny maximální povolené proudy jako u instalací s dlouhodobým provozem.

1.3.5. U kabelů s napětím do 10 kV s impregnovanou papírovou izolací, které nesou zatížení menší než jmenovitá, lze připustit krátkodobé přetížení uvedené v tabulce. 1.3.1.

1.3.6. Po dobu vyloučení pohavarijního režimu pro kabely s polyetylenovou izolací je povoleno přetížení do 10 % a pro kabely s PVC izolací do 15 % jmenovitého zatížení po dobu trvání maximálního zatížení. než 6 hodin denně po dobu 5 dnů, pokud zatížení v jiných časových obdobích těchto dnů nepřesáhne jmenovitou.

Po dobu eliminace pohavarijního režimu pro kabely s napětím do 10 kV s papírovou izolací jsou povolena přetížení po dobu 5 dnů. v mezích uvedených v tabulce. 1.3.2.

Tabulka 1.3.1.

Přípustné krátkodobé přetížení pro kabely do 10 kV s impregnovanou papírovou izolací

Tabulka 1.3.2.

Přípustné přetížení po dobu odstranění pohavarijního režimu pro kabely s napětím do 10 kV s papírovou izolací

U kabelových vedení, která jsou v provozu déle než 15 let, je nutné snížit přetížení o 10 %.

Přetížení kabelových vedení s napětím 20-35 kV není povoleno.

1.3.7. Požadavky na normální zatížení a pohavarijní přetížení platí pro kabely a na nich instalované připojovací a ukončovací spojky a koncovky.

1.3.8. Nulové pracovní vodiče ve čtyřvodičovém systému třífázového proudu musí mít vodivost alespoň 50 % vodivosti fázových vodičů; v případě potřeby se musí zvýšit na 100 % vodivosti fázových vodičů.

1.3.9. Při určování přípustných trvalých proudů pro kabely, holé a izolované dráty a pneumatiky, jakož i pro tuhé a ohebné vodiče uložené v prostředí, jehož teplota se výrazně liší od teploty uvedené v 1.3.12-1.3.15 a 1.3.22, by koeficienty měly použít, uvedeno v tabulce. 1.3.3.

Tabulka 1.3.3.

Korekční faktory pro proudy pro kabely, holé a izolované vodiče a přípojnice v závislosti na teplotě země a vzduchu

Určení průřezu vodičů podle dovoleného úbytku napětí.

Volba průřezu elektrických vodičů sítě podle přípustného úbytku napětí je taková, že odchylky napětí kolektorů proudu připojených k této elektrické síti nepřekračují přípustné meze.

Podle článku 7.23 SP31-110-2003: odchylka napětí od jmenovitého napětí na svorkách napájecích přijímačů a nejvzdálenějších elektrických osvětlovacích lamp by neměla překročit ± 5 % v normálním režimu a maximální přípustná v ponouzovém režimu při nejvyšších návrhových zatíženích – ± 10 %.

Ztráty napětí v třífázovém elektrickém vedení lze určit podle vzorců:

a) jedna zátěž je připojena ke kabelovému vedení na konci:

∆U=√3 ∙ I ∙ L ∙ (Rо ∙ cos⁡φ + Xо ∙ sin⁡φ), В;

b) k elektrickému vedení je po jeho délce připojeno několik (n) zátěží:

∆U=√3 ∙ ∑_0^n I ∙ L ∙ (Rо ∙ cos⁡φ + Xo ∙ sin⁡φ), V.

kde I je proud protékající vypočteným úsekem, A;

L je délka předpokládaného úseku tratě, km;

Ro a Xo – aktivní a indukční odpor 1 km vedení, Ohm / km (dle referenčních údajů).

Příklad výpočtu v tabulce:

Výběr sekce pro vytápění zkratovým proudem

Volba tepelně odolného úseku žil kabelu se provádí podle hodnoty ustáleného zkratového proudu a doby, za kterou tento proud projde kabelem. Čas je určen nastavením ochrany, která má nejdelší dobu zpoždění (v případě použití několika ochran).

Stanovení průřezu tepelným odporem se provádí podle vzorce

kde je návrhový koeficient určený omezením přípustné teploty ohřevu žil kabelu (udány jsou hodnoty návrhového koeficientu a přípustné mezní teploty pro ohřev kabelů, když jimi prochází zkratový proud v referenční literatuře); – zkrácená doba zkratového proudu; – ustálená hodnota proudu K. Z.

Výpočty využívají redukovaný (fiktivní) čas – časový úsek, během kterého ustálený zkratový proud uvolňuje stejné množství tepla jako skutečně procházející zkratový proud během skutečné doby zkratu.

, kde je zkrácený čas pro periodickou složku zkratového proudu, je zkrácený čas pro aperiodickou složku zkratového proudu.