Выбор площади сечения проводников

Рисунок 2 - Медный провод для контактной сети МФ и самонесущий провод СИП-4.

3. ИЗОЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА. Изолированные провода в помещения и на воздушных линиях применяются при напряжении до 1000 В. Провода могут иметь алюминиевые и медные жилы. В качестве электрической изоляции жил проводов применяют резину и пластмассу. Для защиты проводов от механических воздействий и действия света и влаги применяют оболочку из резины, пластмассы или металлических лент с фальцованным швом. Провода, имеющие внешнюю защитную оболочку, называют защищенными. Провода могут быть однопроволочные и многопроволочные и иметь от 1 до 4 жил.

В последнее время за рубежом и в нашей стране стали использовать самонесущие изолированные провода (СИП) для воздушных линий напряжением 0,4 – 20 кВ. СИП представляет собой скрученные в жгут изолированные провода, скрученных совместно с несущим тросом из алюминиевого сплава высокой прочности. Токоведущие провода – алюминиевые, изоляция – из термопластичного полиэтилена, выдерживающего температуру 70⁰ в длительном режиме, при перегрузке до 8 часов – 90⁰ С, а при КЗ – до 130⁰ в течение 5 с. Рабочее напряжение СИП-1, СИП –2, СИП-4, СИП-5: 0,6 – 1 кВ, а провода СИП -3: до 20 кВ. Достоинства СИП: провода не схлестываются, не подвержены образованию гололеда, нет необходимости вырубки просеки, пожаробезопасность, возможность прокладки по стенам зданий и сооружений.

3.1. Изолированные провода имеют буквенную маркировку, характеризующую их технические особенности. Первая буква П обозначает провод, две буквы ПП - провод плоский; А - алюминиевую жилу; отсутствие этой буквы - медную жилу; Р - резиновую изоляцию; В - винипластовую (поливинилхлоридную) изоляцию или оболочку. Так, например, маркировка ПВ или АПВ означает провод медный или алюминиевый с поливинилхлоридной изоляцией; ПГВ - тоже, но гибкий. Плоские провода двух и трехжильные с раздельным основанием имеют маркировку ППВ и АППВ, без раздельного основания ППВС и АППВС. Провода с резиновой изоляцией в поливинилхлоридной оболочке маркируются буквами ПРВ и АПРВ; то же гибкие - ПРВГ; с найритовой изоляцией без оплетки АПН (найрит - резина, не поддерживающая горение); с резиновой изоляцией в металлической фальцованной оболочке - ПРФ и АПРФ. Монтажные провода имеют в обозначении букву М –МРГ-резиновая изоляция, гибкий; МВ- монтажный с ПВХ изоляцией однопроволочный. Обмоточные провода маркируются так: ПЭЛШО - провод обмоточный изолированный лакостойкой (Л) эмалью (Э) один слой (О) шелка (Ш), два слоя- Д.

3.2.. Провода предназначены для определенных способов прокладки, которые следует учитывать. Как правило, изолированные провода не прокладываются незащищенными и должны прокладываться в трубах, лотках и коробках, под штукатуркой. Следует учитывать, что провода могут повредиться и в трубах от действия воды и агрессивных жидкостей, действующих на изоляцию. Вода, попавшая в трубы с проводами и кабелями с резиновой изоляцией

Рисунок 3 - Изолированные провода (одиночный и двойной).

 ухудшают состояние изоляции, что может привести к замыканию между проводами, порыву жил кабелей или их замыканию на металл трубы. При замерзании воды в трубах лед может разорвать провода. Для предотвращения попадания воды в трубы с проводами или кабелями все отверстия в трубах нужно заделывать водонепроницаемой мастикой.

К – бронированный круглыми проволоками .             Б – стальными лентами

1-защитный наружный покров, 2-броня, 3-подушка под броней, 4-металлическая оболочка, 5-поясная изоляция, 6-уплотняющий жгут, 7-изоляция жил, 8-токоведущие жилы

Рисунок 4 - Кабель бронированный СБ, СК или ААБ.

Кроме воды, на резиновую изоляцию влияют нефтепродукты, например, топливо, смазочные масла, что приводит к разбуханию резиновой изоляции и утрате ею всех необходимых свойств, поэтому при возможности действия этих продуктов лучше применять проводники с пластмассовой изоляцией. Отрицательная температура приводит к отвердению изоляции, особенно пластмассовой, что приводит к ее растрескиванию и откалыванию при изгибании проводников. Это нужно учитывать при монтаже проводов и кабелей и при выборе кабелей для передвижных механизмов.

В условиях Крайнего севера на неизолированные провода ВЛ оказывают влияние сильные морозы, снегопады, ветры. В некоторых местах применение проводов на воздушных линиях вообще невозможно. Вследствие сильных ветров провода могут быть повреждены, из-за сильных морозов и влажности на проводах может образоваться гололед, что значительно увеличит массу провода и может стать причиной повреждения линии. Поэтому необходимо правильно применять расчетные коэффициенты, коэффициенты запаса при расчете сечений, учитывать влияние климатических условий, таких, как ветровая нагрузка и гололед, от которых зависит расстояние между опорами, расстояние между проводами и стрела провеса. При выборе сечений проводов нужно учитывать вредное влияние неблагоприятных факторов окружающей среды.

    1-токоведущая жила, 2-сердечник, 3-вспомогательные и заземляющая жилы, 4-изоляция жил, 5- экран, 6-оболочка (резиновый шланг) 7-упрочняющий жгут, 8-заземляющая жила, 9-оболочка.

Рисунок 5 - Кабели гибкие резиновые ГРШЭП и ГВШОП

4. КАБЕЛИ. Кабель представляет собой конструкцию из одной или нескольких токоведущих изолированных жил, помещенных в одну оболочку. Кабели бывают силовые, контрольные, телефонные, оптиковолоконные и другие. Силовые кабели могут изготавливаться на напряжение до 1 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ и выше.

А) 1-вспомогательные жилы, 2-заземляющая, 3-токоведущая, 4-полупроводящзий слой из пластиката, 7-поясная изоляция, 8-экран из медной фольги, 9-броня из стальных тросов, 10-оболочка из ПВХ - пластиката, 5, 6 -экраны,

     Б) 1-токоведущие жилы, 2- изоляция жил, 3- экран из проводящей резины, 4- заземляющая жила, 5- резиновая оболочка (шланг), 6- вспомогательные жилы.

Рисунок 6 - Кабель бронированный ЭВТ и гибкий ГРШЭ.        

 

Кабели классифицируются по различным признакам.: по назначению; по величине напряжения; по конструкции; по количеству жил; по материалу жил; по форме сечения жил; по толщине и количеству проволок жилы; по материалу изоляции жил; по виду и материалу защитной оболочки; по типу брони; по типу защитного покрова. по наличию и типу экрана и др.

Силовые кабели могут быть гибкими, негибкими и бронированными. Гибкие кабели применяются для питания передвижных (самоходных) машин. Бронированные —для стационарных машин и установок, негибкие – то же, но не имеют брони. Токоведущие жилы могут изготавливаться из меди и алюминия. Материал изоляции жил—резина, пропитанная бумага, пластмассы, поливинилхлорид и др. Защитная оболочка выполняется свинцовой или алюминиевой. Броня кабеля предназначена для защиты от механических повреждений и изготовляется из стальных лент или проволок. Наружный покров защищает кабель от коррозии при прокладке в земле (грунте) или под водой, он может быть джутовым или из негорючего состава.

 Марки кабелей обозначаются буквами и цифрами. Например: ААБГ-1-3х70—кабель с алюминиевыми жилами, с бумажной изоляцией жил, с алюминиевой оболочкой, броня из стальных лент, голый, т.е. без наружного покрова, на напряжение 1 кВ, 3 жилы сечением по 70 кв. мм каждая. СБГ- то же, но с медными жилами и свинцовой оболочкой.

В настоящее время появились новые кабели с бумажной изоляцией на напряжение до 500 кВ и с резиновой и пластмассовой изоляцией до 10 кВ. Применяются также новые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение до 10 кВ, которые могут заменить кабели с изоляцией из пропитанной бумаги (БПИ). Материал - сшитый полиэтилен, создан

 

 

Рисунок 7 - Кабель негибкий АпвВнг- LS и гибкий ГРШЭ

ный на основе полимерных композиций, обладает преимуществами перед БПИ, среди них следующие:

высокая надежность, меньшие расходы на содержание линий, низкие диэлектрические потери,  высокая стойкость к повреждениям, более высокие допустимые токовые нагрузки, более высокая допустимая рабочая температура жил (90 градусов вместо 70), более высокая допустимая температура в режиме короткого замыкания (250 градусов), низкая температура прокладки без предварительного подогрева (минус 20 градусов), низкое влагопоглощение, отсутствие ограничений по разнице высотных отметок при прокладке, отсутствие экологически неблагоприятных веществ: свинца, масла, битума.

 Эти кабели выпускаются одножильными и могут прокладываться в кабельных сооружениях, производственных помещениях, в земле. При прокладке в помещениях необходимо предусматривать нанесение на оболочку огнезащитного покрытия. Выпускаются следующие марки кабелей: АПвВ (ПвВ) –алюминиевые или медные жилы с оболочкой из ПВХ пластиката, АПвП – с изоляцией из сшитого полиэтилена в полиэтиленовой оболочке, АПвП(у)г - с продольной герметизацией АПвП(у)2г - в полиэтиленовой оболочке с продольной и поперечной герметизацией и другие.

1-токоведущая жила, 2-изоляция жил, 3-трос, 4-поясная изоляция, 5-экран, 6-оболочка ПЭ, 7-бодушка под броней, 8-броня, 9 защитная оболочка ПВХ

Рисунок 8 - Кабели телефонные

Для передвижных механизмов применяются гибкие кабели с резиновой изоляцией в резиновой шланговой оболочке. Они выпускаются на напряжение до 10 кВ и могут иметь 1,2,3,4,5,6, или 7 жил, том числе до трех жил токоведущих, одну для нулевого провода, одну для заземления и несколько жил – контрольных, для управления. Кабели маркируются буквами и цифрами, которые обозначают конструкцию кабеля, количество жил, сечение жил. Большинство гибких кабелей имеют жилы из тонких медных проволок.                                                                   

Например, ГРШЭ –0,66—3х50 + 3х6 + 1х10 --- гибкий, с резиновой изоляцией, шахтный, экранированный, напряжением до 660В, 3 силовые жилы сечением по 50 кв. мм, 3 вспомогательные жилы по 6 кв. мм, и одна жила сечением 10 кв. мм, для заземления.

КОГВЭШ—кабель особо гибкий с ПВХ изоляцией с экранированными жилами с экранами из графитополимерной смеси, с ПВХ оболочкой (шлангом).

Контрольные кабели предназначены для питания цепей управления, защиты и сигнализации. Они рассчитаны на небольшие токи и на низкое напряжение. Сечение жил у них –от 0,12 до 6-10 кв. мм, а количество жил—от 4 до 60 и более. Например: АКРНБГ- алюминиевые жилы, контрольный, резиновая изоляция, найритовая оболочка, броня из двух стальных лент, голый (без наружного защитного покрова).

Телефонные кабели применяются для проводной связи и подразделяются на абонентские, распределительные, и магистральные. Жилы кабелей- медные, (иногда- стальные), кабель может иметь несущий трос (С). Например: ТАШ, ТАСШ, ТРШБВЭ и др. Количество жил у телефонных кабелей- 4: 10: 20: 40: 60: 100. Буквы в обозначении марок расшифровываются так: Т- телефонный, А- абонентский, Р- распределительный, М- магистральный, Ш- шахтный, Б(К,П)- бронированный. 

ТОКОПРОВОДЫ И ШИНОПРОВОДЫ. Для передачи больших токов нагрузки могут применяться ТОКОПРОВОДЫ -для напряжения свыше 1000 В и ШИНОПРОВОДЫ -для напряжения до 1000 В. Токопроводы предназначены для передачи напряжения свыше 1000 В при больших величинах рабочих токов, на территории одного завода, цеха. Такие условия встречаются на металлургических заводах, когда по линии необходимо передать ток в несколько килоампер при напряжении 10—35 кВ, что невозможно с использованием КЛ или ВЛ. Токопровод представляет собой конструкцию из нескольких шин, укрепленных на опорных изоляторах и подвешенную с помощью держателей к специальным опорам. Шины могут помещаться в один корпус (кожух) для защиты от внешних воздействий или не иметь кожуха. Токопровод может быть гибким или жестким.

 

 

                      Крепление шин.                           Конструкция опор жесткого и гибкого токопроводов

 

Рисунок 9 - Токопроводы напряжением свыше 1000 В.

1 — изоляторы, 2 — крышка, 3 — стяжной болт, 4 — междушинные прокладки, 5 — шины, 6

— стяжной швеллер, 7 — бо­ковина (нулевой проводник)

Рисунок 10 - Устройство шинопроводов напряжением до 1000 В.

. Шинопроводы предназначены для передачи напряжения в производственных помещениях в четырехпроводных сетях с заземленной нейтралью при достаточно большой плотности нагрузок, например в цехах, где установлено много станочного оборудования. Они могут выполняться изолированными или неизолированными шинами при прокладке их на достаточной по условиям безопасности высоте. Шинопроводы бывают магистральные (М), распределительные (Р), осветительные (О), троллейные (Т). Сечение шин - прямоугольное, площадь сечения-400-1600кв.мм, допустимые токи нагрузки—от 100 до 1600А и более. Комплектный шинопровод состоит из отдельных секций длиной 1-1, 5, -2,-3 м, секции могут быть прямыми и угловыми.

6. ВЫБОР ПРОВОДНИКОВ. При выборе проводников необходимо учитывать условия внешней среды в месте их прокладки, напряжение, при котором они будут работать и ток нагрузки. длину проводников, допустимые потери напряжения, значения токов короткого замыкания, экономические факторы. Провода и кабели выбираются по известному току нагрузки по таблицам длительно допустимого тока нагрузки. При этом учитывается также способ прокладки проводов и кабелей. Проводники проверяются по потерям напряжения, термической стойкости в режиме КЗ,

Рисунок 11 - Шинопровод осветительный.

экономическим факторам, механической прочности. Длительно допустимые токи нагрузки для некоторых распространенных марок проводов приводятся в таблице 1.

Выбранное сечение необходимо проверить по потерям напряжения,(допустимая потеря напряжения в нормальном режиме не более 5% от номинальной величины напряжения электроприемника), по механической прочности, по экономической плотности тока (только постоянные стационарные линии), по термической стойкости в режиме КЗ. Минимально допустимое сечение проводов ВЛ:- для алюминиевых проводов ВЛ - 25 мм²- для сталеалюминиевых проводов ВЛ - 16 мм². При выборе сечения проводов принимается ближайшее большее стандартное сечение (по экономической плотности тока - ближайшее стандартное сечение). При расчетах сечений кабелей для питания асинхронных короткозамкнутых двигателей учитывают нормальный рабочий и пусковой (пиковый) режимы, когда на одной установке (машине) при работе остальных двигателей запускается самый мощный. Важное значение при расчете имеет тот фактор, что при пусковом режиме ток существенно больше но минального рабочего, вследствие чего увеличиваются и потери во всей цепи. Для нормального режима минимально допустимое напряжение на зажимах двигателя составляет 95 % U

Рисунок 12 – Способы крепления кабелей в горных выработках

Таблица 1 - Длительно допустимые нагрузки на некоторые проводники (провода голые)

                                                                        

Тип Про- Вода	Допус- тимый ток, А	Тип про- вода	Допусти- Мый А	Тип провода	Допусти мый ток, А	Тип прово- да	Допусти- мый ток, А
М - 6 М - 10 М - 16 М - 25 М - 35 М - 50 М - 70 М - 95 М - 120 М - 150	70 95 130 180 220 270 340 415 485 570	А - 16 А - 25 А - 35 А - 60 А - 70 А - 95 А - 120 А - 150 А - 185 А - 240	105 135 170 215 265 320 375 440 500 590	АС - 35 АС - 50 АС - 70 АС - 95 АС - 120 АС - 150 АС - 185 АС - 240 АС - 300 АС - 400	175 210 265 330 380 445 510 610 690 835	ПСО-3 ПСО-3,5 ПСО-4 ПСО-5 ПСО-25 ПСО-35 ПСО-50 ПСО-70 ПСО-95	23 26 30 35 60 75 90 125 135

 

ном, а для пускового –80 %. В связи с этим при пуске мощных двигателей потери могут быть такими, что катушки контакторов не смогут удержать якорь и контактную систему во включенном положении и возникнет перегрев контактов или двигатель не сможет развернуться и набрать вращающий момент. Необходимо также иметь ввиду, что потери напряжения происходят не только в одиночных, но и в магистральных и групповых кабелях, и в обмотках трансформатора, питающего данную сеть.

Пример. Номинальное напряжение двигателя—380 В. Допустимые отклонения напряжения: +10%, и –5 %, что составляет соответственно + 38 В и -- 19 В. Таким образом минимально допустимая величина напряжения на зажимах двигателя: 380 – 19 = 361 В. Эта величина регламентируется стандартом и следовательно является допустимой для работы, однако следует учитывать тот фактор, что при уменьшении напряжения существенно уменьшается и вращающий момент, причем во второй степени, что не может не сказаться на производительной работе машины.  

Таблица 2 - Маркировка бронированных кабелей с бумажной изоляцией

 

Буква, сочетание букв	Значение буквы или сочетания букв
А	Алюминиевая жила
АС	Алюминиевая жила и свинцовая оболочка
АА	Алюминиевая жила и алюминиевая оболочка
Б	Броня из двух стальных лент с антикоррозионным защитным покровом
Бн	То же. но с негорючим защитным покровом (не поддерживающим горение)
Г	Отсутствие защитных покровов поверх брони или оболочки (голый)
л(2л)	В подушке под броней имеется слой (два слоя) из пластмассовых лент
в(к)	В подушке под броней имеется выпрессованный шланг из поливинилхлорида (полиэтилена)
Шв(Шн)	Защитный покров в виде выпрессованного шланга (оболочки) из поливинилхлорида (полиэтилена)
К	Броня из круглых оцинкованных стальных проволок, поверх которых наложен защитный покров
Н	Не поддерживающий горение защитный покров
М	Маслонаполненный
П	Броня из оцинкованных плоских проволок, поверх которых наложен защитный покров
С	Свинцовая оболочка
О	Отдельные оболочки поверх каждой фазы
В - в конце обозначения через черточку	Обедненно-пропитанная бумажная изоляция
Ц	Бумажная изоляция, пропитанная нестекающим составом, содержащим церезин
HP	Резиновая изоляция и оболочка из резины, не поддерживающей горение
В	Изоляция или оболочка из поливинилхлорида
П	Изоляция или оболочка из термопластичного полиэтилена
Нс	Изоляция или оболочка из самозатухающего полиэтилена (не поддерживающего горение)
Бб	Броня из профилированной стальной ленты

 

Проводники электрического тока (жилы проводов и кабелей, шины) выбираются по следующим факторам:

а) нагреву длительным током нагрузки;

б) экономической плотности тока;

в) образованию короны (ВЛ высокого напряжения);

г) термической и электродинамической (только шины) стойкости при токах короткого замыкания (КЗ);

д) допустимой потере напряжения и условию защиты от перегрузок.

Основным фактором, определяющим площадь сечения проводников, проложен­ных внутри помещений, а также в земле (воде), является выбор по нагреву.

Длительно допустимые нагрузки на провода и кабель даны в соответствующих таблицах. Значения их приводятся в зависимости от материала жилы, площади ее сечения, числа жил, изоляции и способа прокладки, В указан­ных таблицах данные соответствуют температуре окружающего воздуха +25 °С, а при прокладке кабелей в земле +15 °С. Максимальная температура нагрева установлена в зависимости от материала изоляции.

Для расчетов при других условиях в данные таблиц необходимо вводить поправочные коэффициенты, учитывающие температуру земли и воздуха, коли­чество кабелей, лежащих рядом в земле, удельное сопротивление грунта, условия прокладки (в блоках, коробах).

При повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы приемников с длительностью цикла до 10 мин и рабочего периода до 4 мин в качестве расчетной токовой нагрузки для выбора площади сечения проводников по нагреву необходимо принимать нагрузку, приведенную к продолжительно­му режиму.

  Исключение составляют проводники медные площадью сечения до 6 мм² и алюминиевые — до 10 мм², для которых токовые нагрузки принимаются как для установок с продолжительным режимом работы.

  Допустимый ток для электроприемников (ЭП) кратковременного режима определяется, как и для повторно-кратковременного или длительного в зависимости от продолжи­тельности включения (ПВ).

  При длительности включения не более 4 мин и перерывах на охлаждение до температуры окружающего воздуха ЭП считается работающим в повторно-кратковременном режиме. Если продолжительность включения превышает 4 мин и перерывы в его работе недостаточны для охлаждения до температуры воздуха, режим относится к длительному.

  Площадь сечения нулевого проводника в четырехпроводной системе 3-х фазного тока должна быть такой, чтобы обеспечивалась проводимость не ме­нее 50 % проводимости фазных проводников.

    Выбор и проверка по остальным факторам производится в соответствии с методикой, приведенной в следующей главе

Таблица 1 - Поправочные коэффициенты на температуру окружающей среды

Температура воздуха	-40	-30	-20	-10	0	+25	+50
Поправочный коэффициент kv	1,56	1,5	1,4	1,3	1,25	1,0	0,7

 

Таблица 2- Поправочные коэффициенты (k _п) на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле

Расстояние			Число	кабелей
в свету, см	1	2	3	4	5	6
10   20	1   1	0,9   0,92	0,85   0,87	0,8   0,84	0,78   0,82	0,75   0,81

 

Если при эксплуатации кабель имеет уменьшенную нагрузку, то во время аварии он может допускать некоторую перегрузу (см. таблицу2).

 

Таблица 3 - Допустимая перегрузка (k _пер) при нормальном режиме по отношению к номинальной нагрузке

Коэффициент предварительной

Вид прокладки

При длительности

Допустимой перегрузки