Допустимые токовые нагрузки на кабельные линии

Подробности

Категория: Эксплуатация и ремонт кабельных линий

При прохождении электрического тока по кабелю в нем выделяется значительное количество теплоты за счет потерь мощности в токопроводящих жилах, изоля­ции, металлических оболочках и броне. Для трехжильных кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на­пряжением до 10 кВ основным источником потерь являются потери  мощности  в токопроводящих жилах.

Мощность, переходящая в теплоту, за счет нагрева токопроводящих жил током пропорциональна квадрату его силы и сопротивлению жилы кабеля. Распростране­ние теплоты от жилы кабеля через изоляцию, оболочку и наружные покровы будет происходить за счет тепло­проводности этих материалов.

Через некоторый промежуток времени, после включе­ния кабеля под нагрузку, в нем устанавливается тепловое равновесие, когда выделяемое в единицу времени количе­ство теплоты равно количеству теплоты, отдаваемой ка­белем в окружающую среду. Установившемуся равновесию  соответствует   определенное  превышение   темпера­туры кабеля над температурой окружающей среды.

В  установившемся  режиме  тепловой   расчет  кабеля можно выразить следующим соотношением:

где Ө — превышение температуры токопроводящей жилы над температурой окружающей среды, °С, ΣS - общее тепловое сопротивление кабеля,          град *см/Вт, которое со­стоит из теплового сопротивления элементов кабеля и окружающей почвы, t_ж, t_ср — температура жилы и среды, град.

Чем меньшее сопротивление оказывается тепловому потоку, тем интенсивнее происходит отдача теплоты в окружающую среду и тем большую нагрузку можно допустить на силовой кабель. Зная допустимую темпера­туру t_доп нагрева жил, можно определить допустимый на кабель ток:

где R — сопротивление одной фазы линии, Ом, n — коли­чество жил.

В наилучших условиях по отдаче теплоты в окружающуюсреду находится кабель, проложенный в воде, так как вода обеспечивает хороший отвод теплоты с наруж­ной поверхности кабеля.

При прокладке кабеля в земле отдача теплоты зави­сит от состава грунта и его способности удерживать влагу.

Токовые нагрузки, приведенные в ПУЭдля кабелей, проложенных в земле, рассчитаны для грунта с удельным тепловым сопротивлением           120 Ом*град/Вт (нормальная почва и песок с влажностью 7 — 9 % или песчано-глинистая почва с влажностью 12—14%).

Изменение удельного сопротивления земли значи­тельно сказывается на допустимой нагрузке кабеля. При­менительно к принятому сопротивлению земли пересчет токовой нагрузки для удельных сопротивлений 80, 200 и     300 Ом*град/Вт будет соответственно равен 1,05; 0,87; 0,75. Удельное тепловое сопротивление земли главным образом зависит от ее химической и физической струк­тур, плотности засыпки траншеи и способности удержи­вать влагу. Поэтому утрамбовывание земли является обязательным технологическим процессом прокладки си­лового кабеля.

Кабель, проложенный в воздухе, имеет более низкие допустимые нагрузки, чем при прокладке в земле из-за большего сопротивления тепловому излучению от кабеля в воздух. Из-за действия ряда дополнительных тепловых сопротивлений (воздух в канале блока, взаимный подо­грев кабелей) в очень неблагоприятных условиях (в отно­шении нагрева) находится кабель, проложенный в блоч­ной канализации. Чтобы обеспечить правильный темпе­ратурный режим работы кабеля, необходимо для каждой находящейся в эксплуатации кабельной линии опреде­лить и установить допустимые токовые нагрузки для нормального длительного и аварийных режимов.

Допустимые токовые нагрузки для одиночных кабе­лей, проложенных в земле, воздухе и воде, определяются по таблицам, приведенным в ПУЭ. Таблицы составлены в зависимости от вида изоляции (резина или пластмасса, пропитанная бумага) и материала жилы (медь, алюми­ний). Токовые нагрузки в таблицах приводятся в зависи­мости от сечения токопроводящих жил кабеля, поэтому по ним можно решать и обратную задачу, т. е., зная рас­четную токовую нагрузку, можно выбрать сечение про­водника. Различные условия прокладки и эксплуатации кабельных линий учитываются поправочными коэффи­циентами, которые также приводятся в ПУЭ.

Для кабелей, проложенных в земле, допустимые дли­тельные токовые нагрузки приняты из расчета прокладки в траншее на глубине 0,7 — 1 м не более одного кабеля при температуре земли 15°С. Аналогичные условия при­няты для кабелей, проложенных в воде.

Для кабелей, проложенных в воздухе, внутри и вне зданий, допустимые длительные токовые нагрузки при­няты из расчета температуры воздуха        25 °С. При этом расстояния между параллельно уложенными кабелями должно быть не менее 35 мм в свету. Если температура окружающей среды существенно отличается от принятых температур при расчете токовых нагрузок для кабелей, проложенных в земле и на воздухе, необходимо ввести поправочные коэффициенты, которые приведены в табли­це ПУЭ.

В зимних условиях температура земли на глубине прокладки кабелей близка к 0 °С. В соответствии с этим допустимые длительные нагрузки на кабельные линии могут быть увеличены.

Как правило, в траншее прокладывают не один, а не­сколько кабелей, которые, выделяя теплоту при нагрузках, взаимно нагревают друг друга. Для снижения взаим­ного влияния кабелей, проложенных в одной траншее (включая прокладку в трубах), необходимо вводить по­правочные коэффициенты на количество кабелей, лежа­щих рядом, которые приводятся в ПУЭ.

Допустимые длительные токи для кабелей, проклады­ваемых в блоках, определяются по формуле I = a*b*c*Iогде Iо — допустимый длительный ток для трехжильного кабеля напряжением 10 кВ с медными или алюминиевы­ми жилами, который определяется по таблице ПУЭ; а, Ь, с— коэффициенты, выбираемые в зависимости от сече­ния и расположения кабеля в блоке, напряжения кабеля и среднесуточной нагрузки всего блока.

В большинстве случаев кабельные линии на от­дельных участках трассы прокладывают в земле, эстака­де, блоке и т. п. В этих случаях допустимые длительные токовые нагрузки должны быть определены по участку трассы с наихудшими условиями охлаждения, если уча­сток имеет протяженность более 10 м.

Для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной про­питанной изоляцией, несущих нагрузки меньше номи­нальных, допускаются кратковременные перегрузки, при­веденные в табл. 18.

Таблица  18. Допустимые перегрузки кабельных линий напряжением до 10 кВ

Установленные в этой таблице значения перегрузок по току и времени не вызывают перегрева токопроводящих жил сверх допустимых значений. Во время ава­рийных режимов в кабельных сетях возникает необходи­мость в кратковременных перегрузках работающих кабе­лей, нормы которых приведены в ПТЭ.

Для кабелей с полиэтиленовой изоляцией допускают перегрузки до     10 % в течение 5 сут продолжительностью до 6 ч в сутки, а для кабелей с ПВХ изоляцией — до 15 %.В остальное время суток нагрузкана кабели не должна превышать номинальных значений.

Во время ликвидации аварий для кабелей напряже­нием до 10 кВ с бумажной изоляцией допускаются пере­грузки в течение 5 сут в пределах, указанных в табл. 19.

Таблица 19. Допустимые нагрузки кабельных линий напряжением до 10 кВ на время ликвидации аварий

Для кабельных линий, находящихся в эксплуатации более 15 лет, перегрузки должны быть понижены на 10%, а для кабельных линий напряжением 20 — 35 кВ перегрузки не допускаются.

В процессе эксплуатации кабельных линий необходи­мо осуществлять контроль за нагрузками стационарны­ми амперметрами в установленные сроки и записывать показания приборов в ведомость.

Для наглядности на стационарных щитовых амперме­трах красной чертой отмечается предельно допустимый ток кабельной линии, что дает возможность обслуживающему персоналу принимать соответствующие меры при превышении этого значения.

Измерение нагрузок кабельных линий и напряжений в различных точках сети должны производиться не менее двух раз в год, в том числе в период максимума нагру­зок. Первое измерение следует производить в декабре — январе, т. е. в период годового максимума нагрузок. Эти измерения служат основанием для составления плана ра­бот по разгрузке кабельных линий и улучшению режима их работы. По замерам определяют потери  электрической энергии в сети и другие технико-экономические по­казатели кабельных линий. Второе измерение нагрузок кабельных линий целесообразно производить в мае, т. е. в период годового минимума нагрузок.

Помимо указанных планируемых измерений нагрузок кабельных линий производят внеочередные измерения, когда изменяют схему или присоединяют дополни­тельные токоприемники, в связи, с чем меняют режим ра­боты кабельной линии. Результаты измерений нагрузок кабельных линий служат основанием для проведения ме­роприятий,   обеспечивающих   их   безаварийную   работу.

• < Контроль за нагревом кабелей
• Защита кабельных линий от коррозии >