Gsadryer.ru

Промышленное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выбор сечения кабеля по току и мощности

Выбор сечения кабеля по току и мощности

Электроэнергия может вырабатываться генератором на напряжении 6, 10, 18кВ. Далее она идет по шинопроводам или комплектным токопроводам к трансформаторам, которые повышают эту величину до 35-330кВ. Чем выше напряжение, тем дальше эту энергию передавать. Затем уже по ЛЭП электричество идет до потребителей. Там опять трансформируется через понижающие трансформаторы до величины 0,4кВ. И между всеми этими преобразованиями электричество идет по воздушным, кабельным линиям различного напряжения. Выбор сечения этих кабелей отдельный вопрос, который и рассматривается в данной статье.

Если обратиться к основам вопроса, то его сразу можно разделить на две части. Часть первая, выбор сечения в сетях до 1кВ, ну и вторая часть (в отдельной статье) — выбор сечения в сетях выше 1кВ. Кроме того, рассмотрим общий для этих классов напряжения вопрос — определение сечения кабеля по диаметру. Сразу предупреждаю, что впереди много таблиц, но пусть это Вас не пугает, так как порой таблица лучше тысячи слов.

Особенности конструкции, материалы и исполнения

Кабели КУСИЛ по ТУ 3500-024-76960731-2012 изготавливаются одно- и трехжильными (таблица 1), с изоляцией из сшитого полиэтилена. Бронированные кабели изготавливаются только трехжильными.
Токопроводящие жилы кабелей медные или алюминиевые, многопроволочные, уплотненные и соответствуют классу 2 по
Токопроводящие жилы одножильных кабелей на номинальное напряжение 10 кВ имеют номинальное сечение мм², на номинальное напряжение 20 и 35 кВ — мм² в соответствии с таблицей 1
Токопроводящие жилы трехжильных кабелей на номинальное напряжение 10 кВ имеют круглую форму и номинальное сечение мм², либо секторную форму с номинальным сечением мм², в соответствии с таблицей 1. Жилы трехжильных кабелей на номинальное напряжение 20 и 35 кВ имеют круглую форму и номинальное сечение мм².
По требованию заказчика на поверхности экрана по изоляции жилы трех-жильных кабелей может быть нанесено печатным способом цифровое обозначение жилы.
Все кабели имеют экран из медных проволок (таблица 2), поверх которых спирально наложена медная лента.
Кабели с продольной («г»), продольной и поперечной («2г») герметизацией оболочки, а также с герметизацией токопроводящих жил («ж») могут применяться при прокладке в земле с повышенной влажностью, в сырых и частично затапливаемых помещениях, в воде (в несудоходных водоемах) — при соблюдении мер, исключающих механические повреждения кабеля. Кабели в усиленной оболочке («у» — с продольными ребрами жесткости) и бронированные кабели («Б») находят применение при прокладке по трассам сложной конфигурации — содержащим более 4 поворотов под углом свыше 30° или прямолинейные участки с более чем четырьмя переходами в трубах длиной свыше 20м или с более чем двумя трубными переходами длиной свыше 40м. Бронированный кабель («Б») максимально защищает токоведущие жилы от внешних механических воздействий благодаря применению в конструкции стальных оцинкованных лент и дополнительной оболочки.
Наружная оболочка кабелей с обозначением материала оболочки «П» выполнена из полиэтилена, эти кабели могут прокладываться в земле независимо от степени коррозионной активности грунтов. Оболочка кабелей с обозначением материала оболочки «В» изготавливается из поливинилхлоридного пластиката — такие кабели могут быть проложены в сухих грунтах (песчано-глинистая и нормальная почва с влажностью менее 14%).
Кабели с показателем пожарной безопасности «нг(А)-LS», «нг(В)-LS» имеют наружную оболочку из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности (с пониженным дымо- и газовыделением). В кабелях с показателем «нг(А)-HF» наружная оболочка выполнена из полимерной композиции, не содержащей галогенов — при горении и тлении кабели не выделяют коррозионно-активных газообразных продуктов. Кабели с показателем «нг(А)-LS», «нг(В)-LS» или «нг(А)-HF» могут применяться при групповой прокладке.

Читайте так же:
Оптические выключатели для освещения

Экранированные кабели

Некоторые типы силовых кабелей имеют экран. Чаще всего это экран представляет собой металлическую ленту, которой обмотана изоляция токопроводящих жил. Также встречаются варианты экрана из толстой проволоки и комбинация толстой проволоки и металлической ленты. Известны конструкции кабелей с экранами из токопроводящей бумаги и токопроводящей резины. Очень редко можно встретить силовые кабели с экраном, представляющим собой оплетку из тонкой проволоки, хотя для сигнальных кабелей такая конструкция весьма распространена.

Экранирование в электрических сетях

Моделирование кабелей в COMSOL Multiphysics®: серия из восьми учебных моделей

Author Image

Хотите разобраться как моделировать электрические кабели в нашем пакете?  У нас есть серия из восьми учебных моделей для этой цели.  Данная серия (Cable Tutorial Series) иллюстрирует возможности по детальному расчету промышленных кабелей в программном обеспечении COMSOL Multiphysics® с использованием модуля AC/DC. Эти модели также могут служить хорошим и универсальным введением в электротехническое моделирование в целом. Численная модель построена для стандартной конструкции кабеля, которая прошла валидацию на основе экспериментальных данных. Данный короткий обзор расскажет о том, какие именно аспекты моделирования затрагиваются и будут рассмотрены в каждой из восьми моделей.

Примечание редактора: Этот блогпост был изначально опубликован 29 декабря 2017 года. С тех пор он был обновлен, чтобы отразить обновления в серии учебных пособий.

Обратите внимание, что в этой заметке обсуждаются только 2D-модели (части 1-6 серии). 3D-модели с учётом скручивания (части 7 и 8) обсуждаются в отдельной статье нашего корпоративного блога: 3D-моделирование для исследования индукционных эффектов в подводном кабеле.

Часть 1: Введение и основы моделирования кабелей

Фотография подводного кабеля.

Начинать удобнее всего с введения. Первая часть учебной серии содержит исходную информацию об объекте исследования – трёхжильном освинцованном подводном кабеле с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE HVAC) с витой (скрученной) магнитной броней, по которому протекает переменный ток высокого напряжения. Также в описании к ней коротко изложены постановки задачи для каждой из оставшихся семи моделей серии.

Читайте так же:
Схема включения света с разных выключателей

Подводный кабель, аналогичный тому, что рассматривается в указанной серии. Изображение предоставлено Z22 — собственное произведение. Доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 из Wikimedia Commons.

Представленный в вводном примере обзор основ электромагнетизма и численного моделирования крайне полезен, особенно если вы только начинаете погружаться в эти темы. С точки зрения непосредственно работы с моделью в нём разобраны следующие аспекты:

  • Отрисовка или импорт 2D геометрии
  • Добавление свойств материалов
  • Создание геометрических выборок
  • Построение эффективной сетки

Если вы уже довольно опытный пользователь программы, то можете пропустить данный пример.

Вид поперечного сечения модели подводного кабеля HVAC из сшитого полиэтилена.

Изображение построенной сетки для модели подводного кабеля HVAC из сшитого полиэтилена.

Поперечное сечение (слева) модели подводного кабеля и построенная для него конечно-элементная сетка (справа). Геометрия была полностью параметризована для быстрого редактирования, что позволяет адаптировать модель под расчет любого другого кабеля похожей структуры.

Часть 2: Ёмкостные эффекты

Во второй части основное внимание уделяется ёмкостным эффектам в кабеле, а также подтверждается следующее важное предположение: аналитической методики достаточно для анализа как ёмкостных эффектов, так и распределения заряда.  Это утверждение будет полезно в т.ч. в процессе построения и анализа всех остальных моделей серии.

Данная учебная модель также предназначена в основном для новичков, её результаты так или иначе используются в остальных частях. Во второй модели также демонстрируется важность использования корректных материальных свойств и учета длины кабеля. При рассмотрении поперечного сечения кабеля оказывается, что свойства материалов сильно отличаются. Следовательно, полиэтилен можно рассматривать в качестве идеального изолятора, а медные части – в качестве идеальных проводников. Полученные в итоге результаты отлично соотносятся с аналитическими аппроксимациями.

График распределения электрического потенциала в подводном кабеле.

График нормы плотности тока смещения в кабеле, смоделированном в COMSOL Multiphysics.

Слева: Распределение электрического потенциала в сечении после 10 км при одноточечном экранировании (single-point bonding) для фазы φ = 0. Справа: Норма плотности тока смещения в плоскости в изоляторах (в первую очередь из сшитого полиэтилена).

Что касается длины кабеля, вы увидите, что аналитические аппроксимации подходят для описания кабеля длиной 10 км. Это справедливо даже для наихудшего случая, когда все индуктивные эффекты являются синфазными и используется одноточечное экранирование.

Часть 3: Ёмкостное экранирование

Третья часть серии основана на предыдущей модели, в которой показано, что ёмкостной связью между фазами можно пренебречь и далее можно рассматривать только одну изолированную фазу. Такое предположение позволяет перейти к осесимметричной постановке. Для задания кабеля длиной 10 км можно использовать отмасштабированную (через Scaled System) двухмерную осесимметричную геометрию.

Читайте так же:
Стабилизатор тока 12 вольт для автомобиля светодиодов

2d осесимметричная геометрия изолированной фазы в кабеле.

График зарядного тока через оболочку кабеля.

Слева: Двухмерная осесимметричная геометрия изолированной фазы с тремя раздельными участками. Масштаб вдоль оси вращения уменьшен. Справа: Зависимость нормы результирующего зарядного тока от длины кабеля в случае перекрестного экранирования (cross bonding).

Зарядные токи, которые протекают по экрану, увеличиваются по длине кабеля и достигают максимума в точке заземления или пересечения. В учебном примере "Ёмкостное экранирование (Bonding Capacitive)" анализируется возрастание тока для различных типов экранирования и вычисляются соответствующие потери. Результаты следующие:

Тип экранированияОбщий зарядный ток в точке заземления/пересеченияСоответствующие потери в экране
Одноточечное экранирование (Single-Point Bonding)55 A1.5 kW
Полное экранирование (Solid Bonding)28 A0.38 kW
Перекрёстное экранирование (Cross Bonding)10.7 A85 W

Часть 4: Индукционные эффекты

Следующая модель основана на двух предыдущих частях серии, в которых говорится о том, что между индуктивной и ёмкостной частями кабеля существует слабая связь. Как дополнение к ней, 3D-модели с учетом скручивания покажут вам, что, хотя распределение поля и потерь немного отличается в трехмерной постановке, сосредоточенные величины (сопротивление и индуктивность), вычисленные в 2D и 2.5D-моделях, на самом деле довольно точны. Для анализа этого факта в модели "Индукционные эффекты" (Inductive Effects) реализована 2D/2.5D постановка, в которой рассматриваются только внеплоскостные (out-of-plane) токи.

Анимация нормы мгновенного значения магнитной индукции в поперечном сечении кабеля для случая глухого экранирования со спиральной изоляционной оплёткой (armor twisting).

Анимация плотности индуцированных токов в оплётке кабеля и экране для случая полного экранирования со спиральной изоляционной оплёткой.

В модели обсуждается важность скрутки проводов, как для фазных проводников, так и для брони,  также рассчитываются соответствующие потери Конфигурация, в которую включен эффект скручивания брони, называется "2.5D-моделью", поскольку это 2D-модель с некоторыми 3D-эффектами. За счет скручивания подавляются токи в броне; потери в ней значительно снижаются, а индуктивность повышается.

Также в модели демонстрируются два разных способа моделирования центральных проводников. В первом примере предполагается, что это цельные медные проводники, и в них проявляются (и соответственно требуется учитывать) и поверхностный скин-эффект, и эффект близости. В другом примере разобран многожильный провод (Litz wire – литцендрат), использование которого приводит к равномерному распределению тока. Результаты моделирования прошли валидацию путем сравнения с актуальными данными о продуктах (технических спецификациях), основанных на официальных международных стандартах. Сравнение показало хорошее совпадение результатов, особенно для индуктивности.

Часть 5: Индуктивное экранирование

В следующей части продолжается сравнение различных типов экранирования, которые были предложены в части3 и 4: в одной точке, глухое и перекрестное. (Последнее особенно актуально для наземных кабелей). В отличие от 3 части, в пятой модели основное внимание уделяется индуктивным эффектам.

Читайте так же:
Напольная розетка для торшера

Вы узнаете, как правильно моделировать три разных секции кабеля, связав три отдельных физических интерфейса Magnetic Fields в одну электрическую цепь. Результирующая модель позволит анализировать несбалансированные кабели и кабели с разными длинами секций.

Также демонстрируются методы упрощения геометрии. Вообще, упрощение — это один из главных лейтмотивов данной учебной серии: часто бывает оправдано использование более простой геометрии, чем вам кажется.  Вы увидите, что не количество деталей приводит к хорошей модели, а их тип.

Часть 6: Тепловые эффекты

В шестой части к модели кабеля добавляют электромагнитный нагрев и учёт проводимости, зависящей от температуры. Основываясь на результатах 4 части, вы узнаете, как настраивать двухстороннюю связь между электромагнитным полем и теплопередачей, используя специальное комбинированное частотно-стационарное исследование (frequency-stationary).

График, отображающий типичную заданную кривую сопротивления.

Результаты расчета распределения температуры в кабеле с температурно-зависимой проводимостью.

Слева: Пример предустановленной кривой сопротивления Rac (T). Справа: Результирующее распределение температуры в модели с использованием сопротивления Rac (T) .

По результатам видно, какое влияние оказывает температура на потери в проводниках и оплётке кабеля. При добавлении электромагнитного нагрева (без температуро-зависимой проводимости) кабель нагревается, но электромагнитные свойства остаются такими же, как и в 4 части. При активации модели материала с линеаризованным сопротивлением (linearized resistivity) для проводников, потери в них увеличиваются, но потери в экране и броне остаются такими же. Температура достигает максимума. Если же использовать указанную модель материала (linearized resistivity) для экрана и брони, температура снизится и потери уменьшатся.

Обратите внимание, что при таких настройках все равно необходимо задать конкретные свойства материала (т.е. электропроводность), а в численной модели рассчитывается соответствующее сопротивление переменному току. Однако, для тепловых моделей кабеля в качестве входных данных обычно используется именно зависимость сопротивления переменному току от температуры (согласно стандарту IEC 60287 или на основе эмпирических данных). В данной модели показано, как использовать кривую сопротивления по стандарту в качестве входной информации и как на основе её в процессе расчета определять соответствующие свойства материала для каждой фазы. Это особенно полезно, когда у вас есть сложный проводник Милликена, и вы не уверены, какие эффективные свойства материала использовать.

Результаты этих 2D-моделей можно сравнить с результатами 3D-моделей с учётом скручивания. Эти модели (Части 7 и 8) обсуждаются в отдельной статье нашего корпоративного блога: 3D-моделирование для исследования индукционных эффектов в подводном кабеле.

Дальнейшие шаги

Если вам интересна тематика электротехнического моделирования, то рекомендуем подробнее ознакомиться с каждой из частей данной учебной серии по моделированию кабелей.

Читайте так же:
Схем 1 клавишного выключателя с подсветкой

Вы можете получить доступ и скачать все инструкции в формате PDF и сами MPH-файлы моделей по ссылке ниже:

Вы можете узнать больше о моделировании кабельных систем, ознакомившись с этим обучающим видео.

1.1 Область применения

Настоящий стандарт рассматривает условия установившегося режима работы кабелей при любом переменном напряжении и постоянном напряжении до 5 кВ, проложенных непосредственно в земле, в каналах, лотках или стальных трубах, с частичным осушением почвы или без, а также кабелей, проложенных на воздухе. Термин «установившийся режим» обозначает ток постоянной величины при непрерывном режиме работы (100 %-ный коэффициент нагрузки), достаточный для того, чтобы асимптотически создать максимальную температуру жилы при постоянных условиях окружающей среды.

Настоящий стандарт содержит формулы для расчета номинальных токовых нагрузок и потерь.

Формулы настоящего стандарта являются достаточно точными и в то же время позволяют варьировать некоторые важные параметры. Эти параметры можно разделить на три группы:

— параметры, относящиеся к конструкции кабеля (например, тепловое удельное сопротивление изоляционного материала), для которых были выбраны характерные значения, основанные на опубликованных работах;

— параметры, относящиеся к условиям окружающей среды, которые могут быть очень разнообразны, выбор этих параметров зависит от страны, в которой используются или должны использоваться кабели;

— параметры, которые принимаются по соглашению между изготовителем и потребителем и касаются запаса надежности работы кабеля (например, максимальная температура жилы).

1.2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты:

МЭК 60028:1925 Международные нормы на электрическое сопротивление меди

МЭК 60141 (все части) Испытания маслонаполненных кабелей и кабелей с газом под давлением и арматуры к ним

МЭК 60228 Токопроводящие жилы изолированных кабелей

МЭК 60287-2-1 Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 2-1. Тепловое сопротивление. Расчет теплового сопротивления

МЭК 60502-1 Силовые кабели с экструдированной изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение от 1 кВ (Um = 1,2 кВ) до 30 кВ (Um = 36 кВ). Часть 1. Кабели на номинальное напряжение 1 кВ (Um = 1,2 кВ) и 3 кВ (Um = 3,6 кВ)

МЭК 60502-2 Силовые кабели с экструдированной изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение от 1 кВ (Um = 1,2 кВ) до 30 кВ (Um = 36 кВ). Часть 2. Кабели на номинальное напряжение от 6 кВ (Um = 7,2 кВ) до 30 кВ (Um = 36 кВ)

МЭК 60889 Твердотянутая алюминиевая проволока для проводов воздушных линий передачи

Примечание — Для датированных ссылок используют только указанное в ссылке издание. Для недатированных ссылок используют самое последнее издание (включая изменения).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector