3.2.3. Вибір перерізу. Токові навантаження кабелів

Вибір перерізу КЛ виконується за нормативною густиною струму, встановленою залежно від конструкції кабелю та числа годин використання максимального навантаження (табл. 3.36).

Економічна потужність КЛ, розрахована за нормованою густиною струму, наведена в табл. 3.37 та 3.38.

Перетин жил кабелю, обраний за нормованим значенням щільності струму, повинен задовольняти умови допустимого нагріву в нормальних та післяаварійних режимах роботи.

У ряді випадків (наприклад, при прокладанні в повітрі) переріз кабелю визначається допустимим тривалим навантаженням, яке (особливо для маслонаповнених кабелів) нижче за економічне. Значення допустимого тривалого струму для кабелів залежить від конструкції кабелю, умов прокладки, кількості паралельно прокладених кабелів та відстані між ними.

Для кожної КЛ повинні бути встановлені найбільші припустимі струмові навантаження, що визначаються по ділянці траси з найгіршими тепловими умовами при довжині ділянки не менше 10 м-коду.

Довго допустимі струмові навантаження для різних марок кабелів напругою до 35 кВ за різних умов прокладання приймаються відповідно до ПУЕ. У табл. 3.40-3.42 наведено допустимі тривалі потужності КЛ, розраховані при середній експлуатаційній напрузі (1,05 U ном).

Допустимі навантаження для маслонаполненных кабелів великою мірою залежить від умов прокладки. Дані таблиці. 3.38 наведено для середньорозрахункових умов та конструкцій вітчизняних кабелів змінного струму. Наведені значення відповідають довжинам, що не перевищують 8-10 км. Для КЛ довжиною понад 10 км визначення потужності, що передається, проводиться спеціальним розрахунком або орієнтовно за даними рис.3.3.

Допустимі тривалі потужності відповідають умові прокладання в землі одного кабелю. При прокладанні кількох кабелів вводяться поправочні коефіцієнти: 0,9 – для двох кабелів, 0,77 – для чотирьох, 0,72 – для шести кабелів. При прокладанні повітря та води допустимі тривалі потужності відповідають будь-якій кількості кабелів.

Дані таблиці. 3.40-3.42 визначено виходячи з температури навколишнього середовища: під час прокладання кабелю в землі +15 °C та при прокладання у повітрі (тунелі) +25 °C. За іншої температури навколишнього середовища дані множать на коефіцієнти, наведені в табл. 3.43.

Закінчення табл. 3.42

Для кабелів з паперовою просоченою ізоляцією напругою до 10 кВ, що несуть навантаження менше допустимих, короткочасне перевантаження допускається приймати відповідно до таблиці 3.44.

На період ліквідації післяаварійного режиму для кабелів з ізоляцією зі зшитого поліетилену допускається перевантаження до 17 % номінальної при їх прокладці в землі і до 20 % при прокладанні в повітрі, а для кабелів з полівінілхлоридного пластику та поліетилену - до 10 % при їх прокладанні у повітрі на час максимуму навантаження, якщо його тривалість не перевищує 8 годин на добу, а навантаження в інші періоди часу не перевищує 1000 годин за термін служби кабелів.

Для кабелів, що перебувають в експлуатації понад 15 років, навантаження по струму не повинно перевищувати 10%.

Допустимий струм навантаження одноланцюгових та дволанцюгових КЛ 110–220 кВ, прокладених у землі та повітрі, наведено в табл. 3.45-3.51. У випадку дволанцюгових ліній струм наведено для одного ланцюга.

У табл. 3.49-3.50 зазначено допустимий струм навантаження одноланцюгових та дволанцюгових ліній 110 та 220 кВ, прокладених у землікабель марки МВДТ.

Відстань між центрами паралельних ліній високого тиску, прокладених у землі, для розрахунку взаємного теплового впливу прийнято рівним 800 мм. Допустимі навантаження ліній високого тиску, прокладених у землі, дано для випадків як природного, так і штучного охолодження кабелів за допомогою поздовжньої циркуляції олії зі швидкістю 0,1 м/с, що здійснюється на ділянках різної довжини.

У таблиці 3.51 вказано допустимий струм навантаження ліній 110 та 220 кВ, прокладених у повітрі кабелями МВС.

Під час прокладання в повітрі вплив паралельних ліній високого тиску не враховувався.

Для маслонаповнених КЛ 110–220 кВ дозволяється перевантаження до підвищення температури жили не більше ніж на 10 °C вище за нормовану заводом. При цьому тривалість безперервного навантаження має перевищувати 100 год, а сумарна — 500 год на рік. Цим умовам приблизно відповідають кратності навантажень, зазначені в табл. 3.52.

Кабель 110 кВ із пластмасовою ізоляцією при заповненні добового графіка навантаження 0,8 допускає перевантаження в 1,2 рази.

При прокладанні кількох кабелів у землі, а також у трубах тривало допустимі потужності (струми) мають бути зменшені шляхом введення відповідних коефіцієнтів (табл. 3.53).

Для кабелів, прокладених землі, тривало допустимі потужності (струми) прийнято з розрахунку, що питомий тепловий опір землі становить 1,2 мК /Вт. Якщо опір відрізняється від зазначеного, слід застосовувати поправочні коефіцієнти табл. 3.54.

Питомі ємнісні струми однофазного замикання на землю кабелів 6-35 кВ з паперовою ізоляцією та в'язким просоченнямнаведено у табл. 3.55.

Технічні параметри кабелів 10–70 кВ та 110–500 кВ із пластмасовою ізоляцією фірми «АВВ» наведені в табл. 3.56-3.68 У табл. 3.56-3.59 наведено тривало допустимі струми для одножильних кабелів із пластмасовою ізоляцією 10–70 кВ та 110500 кВ, прокладених у землі та повітрі.

Поправочні коефіцієнти для одножильних кабелів із пластмасовою ізоляцією наведені в табл. 3.60-3.68

Коефіцієнт поправки на переріз екрана застосовується до одножильних кабелів, прокладеним трикутником при заземленні екранів з двох сторін. Поправочний коефіцієнт на переріз екрана при заземленні з одного боку або транспозиції екранів не застосовується. Поправочний коефіцієнт до таблиць 3.56 та 3.57 наведено у табл. 3.60

Поправочний коефіцієнт до таблиць 3.58 та 3.59 наведено у табл. 3.61.

У табл. 3.62-3.68 наведені поправочні коефіцієнти: при прокладанні кабелів у землі на глибину прокладки (табл. 3.62), на температуру ґрунту (табл. 3.63), на термічний питомий опір ґрунту (табл. 3.64), на міжфазну відстань (табл. 3.6).

Поправочний коефіцієнт на кабелі, прокладені повітря, наведено в табл. 3.68.

Кабель із СПЕ-ізоляцією може зазнавати перевантажень з температурою понад 90 °C, але якомога рідше; температура жили може досягати 105 °C. Окремі аварійні навантаження не завдадуть значних пошкоджень кабелю. Проте частота та тривалість таких перевантажень мають бути зведені до мінімуму.

Приклад застосування поправочних коефіцієнтів

Дві групи кабелів із СПЕ-ізоляцією на напругу 110 кВ з алюмінієвими жилами1x500/150 мм 2 прокладені в землі трикутником. Екрани заземлені із двох сторін, температура жила 90 °C. За табл. 3.59 визначається номінальний струм 595 без поправки.

Лінії напругою 6-10-20 кВ підлягають перевірці на максимальну втрату напруги від ЦП до віддаленої трансформаторної ПС (ТП) 6-10-20 кВ.

Досвід проектування ліній 6-10-20 кВ показує, що достатньо аналізувати лише режими крайніх ТП: найближчої до ЦП та найбільш віддаленої.

Середні значення втрат напруги в КЛ 6-10-20 кВ становлять 5-7%, при цьому менші значення відповідають довгим, а більші - коротким лініям 0,4 кВ, що відходять від ТП 6-10-20/0,4 кВ. Лінії 6-10 кВ, що йдуть до електроприймачів цієї напруги, перевіряються на припустимі відхилення напруги, що регламентуються ГОСТ 13109-97.

Кабельні лінії (крім плавких запобіжників, що захищаються) підлягають перевірці по термічній стійкості при струмах КЗ. Температура нагрівання провідників, що перевіряються, при КЗ повинна бути не вище наступних гранично допустимих значень, °С:

Кабелі до 10 кВ включно з ізоляцією:

полівінілхлоридної або гумової - 150;

Кабелі 20-220 кВ - 125.

Граничні значення струму КЗ, що відповідає термічній стійкості кабелів 10 кВ з мідною і алюмінієвою житловою та паперовою ізоляцією, наведені на рис. 3.6.

Найбільший розвиток в Україні отримали мережі 6 кВ, на їхню частку припадає близько 50% довжини мереж середньої напруги. Одним із напрямків розвитку мереж середньої напруги є переведення мережі 6 кВ на 10 кВ. Це найскладніше здійснити у міських мережах, де мережа 6 кВ виконана кабелем.

Вплив підвищеної напруги термін служби кабелів, перекладених з 6 на 10 кВ, визначає наступнупослідовність ухвалення рішень.

Доцільність використання кабелів 6 кВ на напрузі 10 кВ або їх заміни під час перекладу КЛ 6 кВ на напругу 10 кВ слід визначати виходячи з техніко-економічного аналізу з урахуванням місцевих умов. При цьому слід враховувати, що терміни роботи кабелів 6 кВ, переведених на напругу 10 кВ, залежно від їх стану на момент переведення та з урахуванням режимів роботи ліній розподільної та живильної міської мережі (до і після переведення), а також попереднього терміну роботи кабелів на номінальній напрузі можуть бути прийняті рівними:

20 років - для кабельних ліній міської розподільної мережі з терміном експлуатації кабелів до переведення не більше 15 років;

15 років — для кабельних ліній міської розподільної мережі з терміном експлуатації кабелів до переведення понад 15 років та для кабельних ліній, струмове навантаження яких після переведення протягом найближчих п'яти років може перевищити 0,5 тривало допустимого;

8-12 років — для ліній міської мережі живлення та для кабельних ліній, струмове навантаження яких після перекладу перевищуватиме 0,5 тривало допустимого.

Слід вважати, що зазначені терміни роботи кабельних ліній після їх переведення з 6 кВ на напругу 10 кВ не є граничними та можуть бути збільшені з урахуванням технічного стану кабельних ліній та ступеня старіння та зносу ізоляції кабелів.

Після закінчення зазначених термінів експлуатації кабельних ліній, переведених з 6 кВ на напругу 10 кВ, ступінь старіння та зносу ізоляції рекомендується встановлювати шляхом вимірювання електричних характеристик (опору ізоляції, тангенсу кута діелектричних втрат), розтину та розбирання трьох зразків кабелів одного та та переведення на підвищену напругу тавизначення значення еквівалентної напруги пробою.

Втрати електроенергії в кабелі складаються із втрат у струмопровідній частині та ізоляції кабелю. Втрати в струмопровідній частині визначаються залежно від номінальної напруги, матеріалу жили та завантаження КЛ, а в ізоляції кабелів - від напруги та тангенсу кута діелектричних втрат. Для кабелів, що експлуатуються в даний час, річні втрати електроенергії в ізоляції складають:

Найменші значення відносяться до кабелів малих перерізів.