Расчёт и выбор проводов и кабелей для электрооборудования

Приёмники электрической энергии промышленных предприятий присоединяются к цеховым распределительным устройствам, а цеховые распределительные устройства – к цеховым трансформаторным подстанциям с помощью аппаратуры управления и защиты посредством изолированных проводов.

На промышленных предприятиях широко применяется закрытая прокладка проводов, а для защиты их от механических повреждений – прокладка в трубах (бумажно-металлических, стальных). С помощью кабелей приёмники большой мощности присоединяются к распределительным пунктам, проводка ими выполняется также в помещениях с особыми условиями окружающей среды.

Токопроводящие жилы проводов и кабелей электрической сети при их правильном выборе должны:

• не перегреваться током, проходящим по токопроводящей жиле;

• не создавать чрезмерной потери напряжения;

• обладать достаточной механической прочностью.

При расчёте сечения проводов и кабелей учитывают степень нагрева в нормальных и аварийных режимах, экономическую плотность тока и допустимую потерю напряжения.

Силовые сети предприятий обычно рассчитываются по условиям нагрева и только в случаях длинных линий (30 и более метров) проверяются по потери напряжения. Допустимый нагрев для изолированных проводов определяется видом изоляции. Нагрев для проводов и кабелей с резиновой изоляцией не должен превышать плюс 55⁰С, так как при более высокой температуре резина становится хрупкой, покрывается мелкими трещинами и ухудшает свои изолирующие свойства.

Для кабелей с бумажной изоляцией допустимый нагрев изоляции не должен превышать температуры плюс 80⁰С при температуре воздуха плюс 25⁰С. Если же температура окружающей среды отличается от нормальной (плюс 25⁰С), в расчёт вводится поправочный коэффициент, учитывающий температуру воздуха и земли [таблица 8.11].

Кабель состоит из трёх основных элементов: токопроводящей жилы, изоляции и герметичных оболочек с защитными покровами.

Требования, предъявляемые к кабельным линиям следующие:

- бронированные кабели должны применяться для кабельных линий, прокладываемых в земле и воде;

- небронированные кабели прокладываются в кабельных сооружениях (каналах, коллекторах) и производственных помещениях (на лотках, полках и т.д.) при отсутствии опасности механических повреждений;

- гибкие кабели с резиновой изоляцией должны применятся для кабельных линий, питающих передвижные механизмы;

- четырёхжильные кабели должны применятся для прокладки в четырёхпроводных сетях (прокладка нулевых жил отдельно от фазных не допускается);

В настоящее время не допускается применение трёхжильных силовых кабелей в алюминиевой оболочке на номинальное напряжение 1 кВ с использованием их оболочки в качестве нулевого провода (четвёртой жилы) в четырёхпроводных сетях переменного тока с глухозаземлённой нейтралью.

Таблица 8.11 – Поправочные коэффициенты на токи для кабелей,
неизолированных и изолированных проводов и шин в
зависимости от температуры воздуха и земли

Условная температура среды, ⁰С	Нормированная температура жил, ⁰С	Поправочный коэффициент на токи при расчётной температуре среды, ⁰С
-5		+5	+10	+15	+20	+25	+30	+35	+40	+45	+50
		1,14 1,24 1,29 1,18 1,32 1,20 1,36 1,22 1,41 1,25 1,48	1,11 1,20 1,24 1,14 1,27 1,15 1,31 1,17 1,35 1,20 1,41	1,08 1,17 1,20 1,10 1,22 1,12 1,25 1,12 1,29 1,14 1,34	1,04 1,13 1,15 1,05 1,17 1,06 1,20 1,07 1,23 1,07 1,26	1,00 1,09 1,11 1,00 1,12 1,00 1,13 1,00 1,15 1,00 1,18	0,96 1,04 1,05 0,95 1,06 0,94 1,07 0,93 1,08 0,93 1,09	0,921,001,000,89 1,00 0,88 1,00 0,86 1,00 0,84 1,00	0,88 0,95 0,94 0,84 0,94 0,82 0,93 0,79 0,91 0,76 0,89	0,83 0,90 0,88 0,77 0,87 0,75 0,85 0,71 0,82 0,66 0,78	0,78 0,85 0,81 0,71 0,79 0,67 0,76 0,81 0,710,54 0,63	0,73 0,80 0,74 0,63 0,71 0,57 0,86 0,50 0,58 0,37 0,43	0,68 0,74 0,67 0,55 0,61 0,47 0,54 0,36 0,41 - -

Примечание к таблице 8.11: нормальной температурой воздуха при расчёте токовых нагрузок и температуры нагрева провода (кабеля) считается температура +25⁰С при прокладке провода (кабеля) в воздушной среде и +15⁰С при прокладке провода (кабеля) в земле.

При прокладках кабелей должны соблюдаться допустимые радиусы изгиба кабеля, приведённые в таблице 8.12.

При выполнении кабельных разделок радиусы внутренней кривой изгиба жил кабелей должны иметь по отношению к диаметру жил кратности не менее 10 – для жил кабелей с бумажной изоляцией и не менее 3 – с резиновой изоляцией.

Таблица 8.12 – Минимальные допустимые радиусы изгиба кабелей

Кабели	Кратность допус-тимого радиуса из-гиба кабеля к его наружному диаметру
Силовые с пластмассовой и резиновой изоляцией: одножильные многожильные	7,5
Силовые с пластмассовой изоляцией в алюминиевой оболочке
Силовые с пропитанной бумажной изоляцией и с бумажной изоляцией, пропитанной нестекающим составом: одножильные в алюминиевой или свинцовой оболочке и многожильные в алюминиевой оболочке многожильные в свинцовой оболочке
Контрольные в резиновой и поливинилхлоридной оболочке, небронированные
Контрольные в резиновой и поливинилхлоридной оболочке, бронированные
Контрольные в свинцовой оболочке
Контрольные в свинцовой оболочке бронированные

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) устанавливают длительные допустимые нагрузки (сила тока) для проводов электрических сетей, определённые на основании теоретических расчётов и результатов испытаний проводов и кабелей на нагрев.

При выборе сечения проводов или кабелей для питания трёхфазного электроприёмника необходимо знать расчётный ток I_р электроприёмника.. Сечение проводов выбирается из условия, что расчётный ток I_рдолжен быть меньше или равен длительному допустимому току I_доп проводника.

I_р = P_ном / ( · U_ном · cosφ _ном · η _ном) ,(8.80)

где P_ном – номинальная мощность электроприёмника, Вт;

U_ном – номинальное напряжение сети (приёмника), В;

cosφ _ном– коэффициент мощности электроприёмника;

η_ном – КПД трёхфазного электроприёмника.

Допустимый ток I_доп провода (кабеля) определяется по таблице 8.13.

Отклонение напряжение на зажимах силовой нагрузки (от шин ТП до наиболее удалённого потребителя) допускается не более 5 %, для осветительной нагрузки промышленных предприятий от плюс 5 до минус 2,5 %.

Таблица 8.13 – Допустимые токовые нагрузки для проводов, шнуров и кабелей с медными и алюминиевыми жилами

Сечение токопро- водящей жилы, мм²	Провода проло- женные открыто	Ток, А для проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией, проложенных
в одной трубе
двух одно- жильных	трёх одно- жильных	четырёх одно- жильных	одного двух-жильного	одного трёх- жильного

0,5 0,75 1,0 1,5 2,5	11 / -* 15 / - 17 / - 23 / - 36 / 21 30 / 24 34 / 27 41 / 32 46 / 36 50 / 39 62 / 46 80 / 60 100 / 75 140 / 105 170 / 130 215 / 165 270 / 210 330 / 255 385 / 295 440 / 340 510 / 390 605 / 465 695 / 535 830 / 645	- - 16 / - 19 /- 24 / 19 27 / 20 32 / 24 38 / 28 42 / 32 46 / 36 54 / 43 70 / 50 85 / 60 115 / 85 135 / 100 185 / 140 225 / 175 275 / 215 315 / 245 360 / 275 - - - -	- - 17 / - 22 / 18 25 / 19 28 / 22 35 / 28 39 / 30 42 / 32 51 / 40 60 / 47 80 / 60 100 / 80 125 / 95 170 / 130 210 / 165 255 / 200 290 / 220 330 / 255 - - - -	- - 16 / - 20 / 15 25 / 19 26 / 21 30 / 23 34 / 27 40 / 30 46 / 37 50 / 39 75 / 55 90 / 70 115 / 85 150 / 120 185 / 140 225 / 175 260 / 200 - - - - -	- - 18 / - 23 / 17 25 / 19 28 / 22 32 / 25 37 / 28 40 / 31 48 / 38 55 / 42 80 / 60 100 / 75 125 / 95 160 / 125 195 / 150 245 / 190 295 / 230 - - - - -	- - 15 / - 19 / 14 21 / 16 24 / 18 27 / 21 31 / 24 34 / 26 43 / 32 50 / 38 70 / 55 85 / 65 100 / 75 135 / 105 175 / 135 215 / 165 250 / 190 - - - - -

* В числителе указан допустимый ток для проводов и кабелей с медными жилами, в знаменателе - с алюминиевыми жилами.

На практике с достаточной точностью определить требуемое сечение токопроводящей жилы можно определить по допустимой величине плотности тока (А/мм²).

Для медных жил рекомендуемая плотность тока равна от 7 до 10 А/мм² при токе до 100 А, при токах свыше 100 А – от 3 до 5 А/мм². Для алюминиевых жил рекомендуемая плотность тока равна от 5 до 8 А/мм² при токе до 100 А, при токах свыше 100 А – от 1,5 до 2,5 А/мм².