29.07.2013

Выбираем сечение проводников

Сечения токопроводящей жилы проводов и кабелей выбираются согласно ПУЭ по условию нагрева длительным расчетным током, по механической прочности и проверяются по потере напряжения, соответствию току выбранного аппарата защиты и условиям окружающей среды. Расчет потери напряжения…Удельное сопротивление…Способ прокладки…Активное сопротивление проводника…Индуктивное сопротивление…Длина кабельной линии…Допустимое отклонение напряжения...

Итак, расчет электрических нагрузок выполнен. Определены исходные данные для выбора основных элементов электрических сетей. Теперь можно приступить к выбору проводников и номинальных токов защитно-коммутационных аппаратов.

Условия выбора сечений проводов и кабелей

Сечения токопроводящей жилы проводов и кабелей выбираются согласно ПУЭ по условию нагрева длительным расчетным током в нормальном и послеаварийном режимах, по механической прочности и проверяются по потере напряжения, соответствию току выбранного аппарата защиты и условиям окружающей среды.


Предельно допустимый длительный ток проводника должен соответствовать условию:

Iд.н  ≥  Iр.max  ≤ Iн.а ,

где  Iд.н  - предельно допустимый длительный ток нагрузки проводника при расчетной температуре, А;
Iр.max  – максимальный расчетный ток нагрузки, А.
Iн.а - номинальный ток автоматического выключателя, защищающего проводник, А


Это значит, что сечение проводника должно быть таким, чтобы его предельно допустимый длительный ток превышал максимальный расчетный ток нагрузки и номинальный ток автоматического выключателя.

Пример 1. Выберем сечение кабеля на вводе в дом, для которого ранее был выполнен расчет электрических нагрузок.
Расчетные данные:
- максимальный расчетный ток на вводе Iр.max = 27,5 А

Следовательно, предельно допустимый длительный ток нагрузки кабеля должен быть больше (или равен) 27,5 А.
Смотрим ПУЭ таблица 1.3.4.

Нашему условию соответствует трехжильный кабель сечением 5мм2, допустимый длительный ток нагрузки которого равен 31 А.
Предварительно выбираем ближайшее стандартное сечение 6мм2 с предельной токовой нагрузкой 34 А.

Пример 2. Проверим по условию нагрева сечение кабеля  групповой сети, например, стиральной машины.
Исходные данные:
- максимальный расчетный ток групповой сети Iр.max = 7,2А.


По условию механической прочности  (ПУЭ, таблица 7.1.1) в жилых зданиях нельзя применять провода и кабели сечением менее 1,5мм2 по меди. На практике для розеточных сетей используется стандартное сечение 2,5мм2 с предельной токовой нагрузкой для трехжильного кабеля 21А (ПУЭ, таблица 1.3.4).

Iд.н ≥ Iр.max ≤ Iн.а ;                       21А  ≥  7,2А  ≤ 16А             

С учетом выбранного автомата с номинальным током 16А условие по нагреву максимальным расчетным током выполняется с хорошим запасом.
                                                                                                                                                                                                                                                
Наименьшие допустимые сечения кабелей и проводов электрических сетей в жилых зданиях.     
Таблица 7.1.1
     
Наименование линий
Наименьшее сечение кабелей и проводов с медными жилами, мм2
  Линии групповых сетей
1,5
  Линии от этажных до квартирных щитков и к   
  расчетному счетчику
2,5
  Линии распределительной сети (стояки) для  
  питания квартир
4

Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляции с медными жилами
Таблица 1.3.4
 
Сечение токопроводящей жилы, мм2
Ток, А, для проводов, проложенных
открыто
                                      в одной трубе
двух одно жильных
трех одно жильных
четырех одно жильных
одного двух жильного
одного трех жильного
0,5
11
-
-
-
-
-
0,75
15
-
-
-
-
-
1
17
16
15
14
15
14
1,2
20
18
16
15
16
14,5
1,5
23
19
17
16
18
15
2
26
24
22
20
23
19
2,5
30
27
25
25
25
21
3
34
32
28
26
28
24
4
41
38
35
30
32
27
5
46
42
39
34
37
31
6
50
46
42
40
40
34
8
62
54
51
46
48
43
10
80
70
60
50
55
50

Проверка по условиям окружающей среды
В реальных условиях допустимый длительный ток проводника зависит от:
- температуры окружающей среды;
- способа прокладки;
- взаимного влияния проложенных рядом электрических цепей.
Учет каждого из этих факторов производится с помощью соответствующих коэффициентов К1, К2, К3.


С учетом условий окружающей среды допустимый длительный ток проводника:

Iд.н  ≥  Iр.max  / К1 К2 К3

Следовательно, с учетом перечисленных факторов сечение проводника выбирается из условия:

Iд.н  ≥  Iр.max  / К1 К2 К ≤ Iн.а

Таким образом,  сечение проводника увеличивается по сравнению с тем, которое могло быть выбрано без учета вышеперечисленных факторов.

Уточним сечение кабеля на вводе в дом по условиям окружающей среды.

Исходные данные:
- максимальный расчетный ток нагрузки  27,5А;
- расчетная температура окружающей среды  +40С;
- допустимая температура жилы кабеля в номинальном режиме  + 65С
- прокладка открытая, многожильный кабель с ПВХ изоляцией;
- число кабелей – 1.


ПУЭ, таблица 1.3.3.
для допустимой температуры жилы кабеля в номинальном режиме  +65С (при условной температуре среды +25С) находим поправочный коэффициент К1 =0,79 (при расчетной температуре среды +40С).


Таблица 1.3.3.
 
Условная температура среды, º С
Нормированная температура жил, º С
Поправочные коэффициенты на токи при расчетной температуре среды
-5 и ниже
0
+5
+10
+15
+20
+25
+30
+35
+40
+45
+50
15
80
1,14
1,11
1,08
1,04
1,00
0,96
0,92
0,88
0,83
0,78
0,73
0,68
25
80
1,24
1,20
1,17
1,13
1,09
1,04
1,00
0,95
0,90
0,85
0,80
0,74
25
70
1,29
1,24
1,20
1,15
1,11
1,05
1,00
0,94
0,88
0,81
0,74
0,67
15
65
1,18
1,14
1,10
1,05
1,00
0,95
0,89
0,84
0,77
0,71
0,63
0,55
25
65
1,32
1,27
1,22
1,17
1,12
1,06
1,00
0,94
0,87
0,79
0,71
0,61
15
60
1,20
1,15
1,12
1,06
1,00
0,94
0,88
0,82
0,75
0,67
0,75
0,47
25
60
1,36
1,31
1,25
1,20
1,13
1,07
1,00
0,93
0,85
0,76
0,66
0,54
15
55
1,22
1,17
1,12
1,07
1,00
0,93
0,86
0,79
0,71
0,61
0,50
0,36
25
55
1,41
1,35
1,29
1,23
1,15
1,08
1,00
0,91
0,82
0,71
0,58
0,41
15
50
1,25
1,20
1,14
1,07
1,00
0,93
0,84
0,76
0,66
0,54
0,37
-
25
50
1,48
1,41
1,34
1,26
1,18
1,09
1,00
0,89
0,78
0,63
0,45
-

Поправочный коэффициент К2 при различных способах прокладки приведен ниже:
Скрытая прокладка:
Кабели, уложенные непосредственно
в термоизолирующем материале (например, в штукатурке) . . . .0,7
Кабели в трубах, проложенные
в термоизолирующем материале . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,77

Открытая прокладка:
Многожильные кабели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,9
Кабели в строительных углублениях (нишах)
и закрытых кабельных каналах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,95
Кабели на поверхности потолков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,95
Во всех остальных случаях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,0


Для открытой прокладки многожильного кабеля К2 = 0,9.

Коэффициент К3, учитывающий взаимное влияние группы кабелей находится по таблице1.
В нашем случае для одного кабеля К3 =1.


Таким образом, допустимый длительный ток кабеля с учетом условий среды:
 
Iд.н  ≥  Iр.max  / К1 К2 К3 = 27,5 / 0,79 ∙ 0,9 ∙ 1,0 = 38,7 А.

По таблице 1.3.4. ПУЭ ближайшее большее значение допустимого длительного тока кабеля (43А) соответствует сечению 8мм2.
Из стандартного ряда выпускаемых кабелей выбираем кабель с сечением жилы 10мм2.

Таким образом, первоначально выбранное сечение кабеля, равное 6мм2, с учетом расчетных температурных условий и способа прокладки было увеличено до 10мм2.


При прокладке групповых сетей внутри жилых помещений проверку проводов и кабелей по условиям окружающей среды можно не проводить.

Коэффициент К3 для группы кабелей, уложенных в один слой                 

Таблица1
          
Расположение проводников
К3 при числе лежащих рядом цепей или многожильных кабелей
1
2
3
4
5
6
7
8
9
12
Замоноличенные в стене
1
0,8
0,7
0,65
0,6
0,57
0,54
0,52
0,5
0,45
Однослойная прокладка по стенам, полам или в неперфорированных лотках
1
0,85
0,79
0,75
0,73
0,72
0,72
0,71
0,7
0,7
Однослойная прокладка в потолках
0,95
0,81
0,72
0,68
0,66
0,64
0,63
0,62
0,61
0,61
Однослойная прокладка в  перфорированных лотках, на горизонтальных или вертикальных лотках
1
0,88
0,82
0,77
0,75
0,73
0,73
0,72
0,72
0,72
Однослойная прокладка на кабельных полках, скобах и т. п.
1
0,87
0,82
0,8
0,8
0,79
0,79
0,78
0,78
0,78


















Проверка проводников по потере напряжения
 
Выбранные проводники нужно проверить по потере напряжения из условия обеспечения необходимых уровней напряжения у самых удаленных от источника питания потребителей.

Выполняется расчет потери напряжения (%) по формулам:
- для однофазной сети:


ΔU = 2 Iр.max ( R∙ cosφ +  Х∙sinφ ) ∙ 100  / Uн ;
 
- для симметричной трехфазной сети:
    
ΔU = √3 Iр.max ( R∙ cosφ +  Х∙ sinφ ) ∙ 100  / Uн ,


где  Uн – номинальное напряжение,  В  (220 В - однофазной сети, 380 В – симметричной трехфазной сети).
R – активное сопротивление проводника, Ом;
Х – индуктивное сопротивление проводника, Ом;
cosφ  - коэффициент мощности нагрузки;
Iр.max – максимальный расчетный ток нагрузки, А;
ΔU – потеря напряжения, % от номинального.


В практических расчетах индуктивное сопротивление во многих случаях можно не учитывать, а именно:
- при расчетах сетей постоянного тока;
- в сетях переменного тока, где коэффициент мощности cosφ  = 1;
- в сетях, выполненных  внутри зданий;
- в кабельных сетях, если сечения кабелей менее 50мм2 

В других случаях, если нет иной информации, величину Х можно принимать равной 8 ∙ 10-5 Ом/м.

При  Х =0, формулы для расчета потери напряжения (%) приобретают вид:

ΔU = 2 Iр.max ∙ R∙ cosφ  ∙ 100 /  Uн     (для однофазной сети);

ΔU = √3 Iр.max ∙ R∙ cosφ  ∙ 100 /  Uн     (для трехфазной сети),

Активное сопротивление проводников (Ом) определяется по формуле:

r = ρ∙l /S

где ρ – удельное сопротивление проводника, Ом ∙ мм2/ м;
S – сечение проводника, мм2;
l – длина проводника, м


Значение удельного сопротивления для:

- медных проводников ρм =0,0189 Ом ∙ мм2 / м;
- алюминиевых проводников ρа =0,0315 Ом ∙ мм2/ м;

Пример 3. Рассчитаем потери напряжения (%) в силовом кабеле на участке от точки подключения до ввода в дом.
Дано:
- марка кабеля ВВГнг 3х10;
- длина линии l =15м
- максимальный расчетный ток на вводе Iр.max = 27,5 А
- коэффициент мощности на вводе cosφ =0,88
Расчет:
Активное сопротивление кабельной линии  r = 0,0189 ∙15 / 10 = 0,02835 Ом
Падение напряжения ΔU1 = 2∙ 27,5 ∙ 0,02835 ∙ 0,88 ∙ 100 / 220 = 0,62 %.


Пример 4. Рассчитаем потери напряжения в групповой розеточной сети, например, для стиральной машины.
Дано:
- марка кабеля ВВГнг 3х2,5;
- длина линии l =25м
- установленная мощность 2,2 кВт
- максимальный расчетный ток линии Iр.max = 7,2 А
- коэффициент мощности групповой сети cosφ =0,8
Расчет:
Активное сопротивление кабельной линии  r = 0,0189 ∙20 / 2,5 = 0,1512 Ом
Падение напряжения ΔU2 = 2∙ 7,2 ∙ 0,1512 ∙ 0,8 ∙ 100 / 220 = 0,79 % .


Отклонение напряжения от номинального на клеммах потребителя составит:
ΔU = ΔU1 + ΔU2 = 0,62 + 0,79 = 1,4 % . 

Согласно ГОСТ 13109-97 допустимое отклонение напряжения составляет  ± 5%. Однако нужно помнить, что 5% падение напряжение допускается на всем участке электроснабжения от трансформатора до наиболее удаленного от источника питания потребителя.
Потери напряжения в питающей воздушной или кабельной линии рассчитываются в проекте внешнего электроснабжения. Если, например, потери во внешней линии составляют 2%, то потери в распределительных и групповых сетях не должны превышать 3%.

Для предварительного выбора сечений проводов и кабелей и оценочных расчетов потерь напряжения удобно пользоваться специально написанными программами.

Программа для выбора сечений проводов и кабелей скачать.
Программа для расчетов потерь напряжения в воздушных и кабельных линиях скачать

Если статья Вам понравилась и Вы цените вложенные в этот проект усилияу Вас есть возможность внести посильный вклад в развитие сайта на странице «Поддержка проекта».

  

 

 

Комментариев нет:

Отправить комментарий