Определение размеров кабеля среднего напряжения: проверка токовой нагрузки, падения напряжения и короткого замыкания

Предположим, у вас есть фидер трансформатора на 13,8 кВ с расчетным первичным током 84 А. Таблица быстрой токовой нагрузки может предложить медный проводник № 3 AWG. Тем не менее, типичная установка в полевых условиях часто заканчивается использованием кабеля 2/0 AWG. Причина в том, что выбор кабеля среднего напряжения не может ограничиваться токовой нагрузкой.

Правильный размер также должен соответствовать ограничениям по падению напряжения, выдерживать доступный ток короткого замыкания, соблюдать практические минимальные размеры проводников и учитывать реальные условия установки, такие как температура почвы, группы воздуховодов и параллельные цепи. Относитесь к этому как к циклу проверки, а не как к одному шагу поиска.

Что означает «калибровка» для кабелей среднего напряжения

Под кабелем среднего напряжения обычно подразумеваются кабели с номиналом от 1 кВ до 35 кВ. Общие классы напряжения включают 3,6/6 кВ, 6/10 кВ, 8,7/15 кВ, 12/20 кВ и 18/30 кВ. Определение размеров кабеля среднего напряжения означает выбор поперечного сечения проводника, уровня изоляции и конструкции экрана, которые позволяют кабелю безопасно работать в течение всего срока службы как при постоянной нагрузке, так и в условиях неисправности.

Основные проверки непрерывны: допустимая нагрузка по току, падение напряжения, термостойкость при коротком замыкании и снижение характеристик в зависимости от условий установки. Во многих промышленных проектах окончательный размер определяется проверкой короткого замыкания или падения напряжения, а не проверкой токовой нагрузки, особенно когда фидер длинный или высокий уровень повреждения.

Шаг 1. Определите систему и кабельные входы

Прежде чем приступить к каким-либо расчетам, соберите системные данные. Вам необходимо знать номинальное линейное напряжение, максимальный длительный ток нагрузки, максимальный ток короткого замыкания в месте расположения кабеля и время отключения защиты. Детали установки также имеют значение: длина трассы, температура окружающей среды, термическое сопротивление почвы, глубина прокладки, а также то, проложен ли кабель в канале, кабельном лотке или непосредственно в земле.

Небольшие ошибки ввода приводят к большим ошибкам определения размера. Если вы предполагаете, что температура почвы составляет 20°C, а на самом объекте температура составляет 30°C, то маргинальный кабель будет работать при температуре выше расчетной. Если вы забудете включить обогрев параллельного фидера, в реальной установке характеристики того же кабеля будут снижены. Дополнительное время, потраченное на проверку входных данных, всегда оправдано.

Для большинства распределительных систем по умолчанию используется кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена и медными жилами. Изоляция обеспечивает высокую электрическую прочность, низкие диэлектрические потери и хорошие тепловые характеристики. Практическим справочником по распределению среднего напряжения является Серия силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение от 3,6/6 кВ до 26/35 кВ .

Силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена для номинального напряжения 3,6/6 кВ - 26/35 кВ, поставщики, компания Dongfeng Китай оптовая продажа силового кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена для номинального напряжения 3,6/6 кВ - 26/35 кВ поставщиков и силового кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена для номинального напряжения ... Просмотреть продукт →

Шаг 2 – Рассчитайте пропускную способность с учетом реальных условий

Допустимая нагрузка — это максимальный непрерывный ток, который может выдерживать кабель без превышения номинальной температуры его изоляции. Для изоляции из сшитого полиэтилена максимальная температура непрерывного проводника обычно составляет 90°C, тогда как аварийная температура короткого замыкания может составлять 250°C для медных проводников. Сечение кабеля должно обеспечивать передачу внутреннего тепла наружу без перегрева изоляции.

Начните с базовой таблицы токовой нагрузки, затем умножьте ее на поправочные коэффициенты для температуры окружающей среды, термического сопротивления почвы, глубины, расстояния между кабелями и группировки. Размер проводника, подходящий для настольных расчетов, может нагреваться при установке параллельно другим нагруженным кабелям. В таблице ниже приведены репрезентативные коэффициенты снижения номинальных характеристик для обычных установок среднего напряжения:

После применения всех поправочных коэффициентов сравните скорректированную токовую нагрузку с током полной нагрузки. Если значение находится между двумя стандартными размерами проводников, выберите следующий больший размер, если только последующая проверка не потребует использования проводника еще большего размера.

Шаг 3. Проверьте падение напряжения на длинных фидерах

Падение напряжения становится определяющим критерием, когда длина фидера среднего напряжения составляет несколько километров или когда нагрузка высока по сравнению с сопротивлением кабеля. Трехфазное падение напряжения можно аппроксимировать как Vdrop = sqrt(3) * I * (R * cos(phi) X * sin(phi)) * L, где R и X — эффективное сопротивление переменного тока и реактивное сопротивление на единицу длины, а L — длина трассы.

Для цепей среднего напряжения общее падение напряжения обычно не должно превышать 5 % от источника к нагрузке. Многие предприятия применяют более строгий предел в 3% только для фидера, чтобы оставить запас для трансформаторов и вторичных проводников. Для фидера 33 кВ длиной 10 км с током 250 А медный кабель сечением 95 мм² может иметь падение напряжения около 3,5%, а кабель сечением 120 мм² снижает его ниже 3%. В таких случаях больший кабель выбирается не по токовой нагрузке, а по пределу падения напряжения.

В фидере 33 кВ индуктивность часто преобладает над сопротивлением, поэтому увеличение поперечного сечения проводника дает лишь ограниченное улучшение. В этом случае более эффективным может быть более высокий уровень напряжения или кабель, проложенный по-другому.

Шаг 4 – Подтвердите устойчивость к короткому замыканию

Кабель в системе среднего напряжения должен выдерживать наихудший ток короткого замыкания достаточно долго, чтобы защитное устройство могло устранить неисправность. Во время повреждения температура проводника резко возрастает, поскольку тепло не может быстро уйти. Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена допустимая температура проводника короткого замыкания часто составляет 250°C для меди и 200°C для алюминия, но следует использовать значения из данных испытаний производителя.

Минимальное поперечное сечение проводника для термостойкости можно оценить как s = I * sqrt(t) / k, где I — среднеквадратичный ток короткого замыкания, t — время отключения в секундах, а k — константа, которая зависит от материала проводника и предполагаемых начальной и конечной температур. Для системы 13,8 кВ с устранением неисправности 20 кА за 0,2 с может легко потребоваться проводник большего диаметра, чем для проверки токовой нагрузки. Вот почему проверка на короткое замыкание не является обязательной.

Также необходимо проверить координацию восходящего реле. Если время отключения реле превышает температурный предел кабеля, кабель будет поврежден до того, как выключатель разомкнется.

Шаг 5. Соблюдайте требования к снижению номинальных характеристик и минимальному размеру.

В дополнение к техническим расчетам, нормы и механические требования часто требуют минимального размера проводника. Многие фидеры среднего напряжения используют медный проводник № 2 AWG в качестве практического минимума, даже если расчет токовой нагрузки позволяет использовать меньший размер. Большие наконечники, комплекты для подключения и усилия втягивания становятся непрактичными при использовании очень тонких кабелей среднего напряжения.

Факторы снижения номинальных характеристик для сгруппированных кабелей и подземных прокладок могут снизить базовую токовую нагрузку на 20 % и более. Истинная токовая нагрузка — это базовое значение, умноженное на все применимые коэффициенты. Если конечное значение все еще превышает ток нагрузки, кабель пригоден для длительной нагрузки. Но инженер также должен убедиться, что кабель можно правильно подключить к распределительному устройству, шине или клеммам трансформатора.

Шаг 6 – Сбалансируйте стоимость, доступность и будущий рост

После того, как все технические проверки пройдены, остается экономический вопрос. Провод большего размера снижает потери I^2*R и оставляет место для будущего роста нагрузки, но увеличивает первоначальную стоимость и может усложнить установку в узких воздуховодах. В случае длинного фидера чистая приведенная стоимость экономии энергии может оправдать дополнительные затраты. На коротком фидере кабель большего размера может оказаться ненужным.

Выбор широко производимого поперечного сечения сокращает время выполнения заказа и позволяет избежать нестандартных заделок. Обычные размеры среднего напряжения в метрических системах включают 70, 95, 120, 150, 185 и 240 мм². При просмотре вариантов продукта Серия силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6–35 кВ дает хороший обзор номинальных напряжений и деталей конструкции типичных распределительных цепей.

Производители силовых кабелей среднего напряжения из сшитого полиэтилена, завод Как китайские производители силовых кабелей среднего напряжения из сшитого полиэтилена, завод силовых кабелей среднего напряжения, Dongfeng Cable предлагает заказные кабели среднего напряжения 6-35 кВ... Просмотреть продукт →

Объединение процесса определения размеров

Выбор размеров кабеля среднего напряжения — это систематический процесс: определение параметров системы, проверка токовой нагрузки, проверка падения напряжения, подтверждение устойчивости к короткому замыканию и применение правил снижения номинальных характеристик и минимального размера. Только после того, как эти проверки пройдут, наступит время взвесить стоимость и доступность.

Если вы подбираете длинный фидер или промышленную распределительную систему с высоким уровнем повреждения, обратите особое внимание на коэффициенты снижения номинальных характеристик и расчет тока короткого замыкания. Рабочий на первый взгляд кабель может выйти из строя во время неисправности или в конце жаркого летнего дня. Для получения дополнительной информации о номинальных температурах изоляции и о том, как они влияют на токовую нагрузку, см. Сравнение токовой нагрузки кабеля MV90 и MV105 и стоимости изоляции является полезной отправной точкой.