E1 - ВВЕДЕНИЕ

Самые важные электрические характеристики кабелей больше 1 kV которые проявляются в ходе эксплуатации:

• сопротивление провода

• рабочая мощность и токи заряда

• реактанс (индукционное сопротивление)

• нулевой импеданс

• редукционный фактор

Электрическое сопротивление провода

Электрическое сопротивление провода при постоянном токе в прямой зависимости от: удельного сопротивления предметного материала, поперечного сечения провода, температуры и длины. Единичные измерения сечений кабелей и проводов которые используются на т-ре 20^oC утверждены стандартом JUS N.C0.015, который соответствует европейской норме HD 383, т.е. международному стандарту IEC 60228.
Расчет сопротивления провода при т-ре больше 20^oC, а также увеличения сопротивления вследствие скин- эффекта (поверхностного эффекта) и эффекта близости, исчисляется как и в разделе C1.1.
У кабелей с электрической защитой и/или арматурой, эффективное сопротивление провода увеличивается и вследствие потерь, которые происходят в этих элементах кабеля, а именно:

R_teff = R'_t ( 1 + λ₁ + λ₂ )

R_teff – представляет эффективное сопротивление кабеля в Ω/km
λ₁ - представляет коэффициент увеличения сопротивления вследствие потерь в электрической защите
λ₂ - представляет коэффициент увеличения сопротивления вследствие потерь в арматуре

Значения сопротивлений, высчитанные согласно вышеуказанным формулам, предоставлены в Таблице E2.1.

Индуктивность и индуктивное сопротивление

Индуктивность одножильных кабелей в прямой зависимости от их распределения-расположения (в треугольном пучке, в плоскости). Для установленных формирований (расположений кабеля) и существующих между ними интервалах , среднее значение индуктивности можно высчитать согласно нижеуказанной формуле. Эту формулу можно также использовать и для трехжильных кабелей.

...................mH/km

расшифровка:
a - представляет среднее расстояние между осями провода в mm
a = D...........представляет D-диаметр кабеля, расположенного в треугольнике, и диаметр жилы для трехжильного кабеля
a = s (2)^1/3 .........s – представляет расстояние между осями двух соседних кабелей
ρ = 0,779 r эквивалентный радиус провода в mm
r - радиус провода в mm

Индуктивное сопротивление ( реактанс) высчитывается по формуле:

X_L = 2π f L 10 ^-3 .... ..........Ω/km

f - представляет промышленную частоту в Hz

Значения индуктивных сопротивлений представлены в Таблице E2.2.

Прямой импеданс кабеля высчитывается в комплексной форме согласно следующей формуле:

Zd = R_teff + j X_L

Т.е. в абсолютной величине:

lZ_dl=( R_teff² + X_L²) ^½ .......... Ω/km

Инверсивный импеданс у кабелей равняется прямому импедансу, т.е. Z_d = Z_i.

Мощность, зарядный ток и ток заземления

Каждый кабель может представлят собой кондензатор мощности который находится в прямой зависимости от его габаритов: диаметра провода оснащенного слабопроводимым слоем (если он предусмотрен), диаметра ниже экрана изоляции, длины кабеля, а у кабелей с нерадиальным полем- в зависимости от расстояния между осями провода и металлического слоя (общей электрозащиты или арматуры). Зависимость мощности от вида изоляционного материала определена диэлектрической константой изоляции ε_r, которая составляет:

• для оплетенного полиэтилена: ... 2,5

• для ПВХ (PVC): ..... 5 - 8

Относительная диэлектрическая константа ε_r для оплетенного полиэтилена в диапазоне от 20 0C до максимальной рабочей т-ры считается константной, в то время как у ПВХ материалов существует существенная зависимость от температуры, что видно из значений представленных в Таблице E.2.3.

Расчет мощности кабелей с радиальным полем можно сделать при помощи следующей формулы:

расшифровка:
D - диаметр ниже экрана изоляции (слабопроводимого слоя) в mm
d - диаметр провода поверх слабопроводимого слоя в mm

Зарядный ток для этого вида кабеля в симетричной трехфазовой системе круговой частоты ω следующий:

I₀ = U₀ ωC10 ^-3 .............A/ km

Мощности трехжильных кабелей с нерадиальным полем которые оснащены общей электрической защитой или арматурой, получаются при помощи следующей формулы:

Также можно использовать, для более простого расчета и формулу Симонса:

Расшифровка:
r - радиус провода в mm
d - расстояние между осями провода в mm
R - радиус ниже электрической защиты т.е. арматуры
t₁ - толщина изоляции в mm
t₂ - толщина облицовки (защитного кожуха) поверх сердцевины кабеля.

Мощность C у этих кабелей составлена из отдельных мощностей: проводник/металлическая облицовка C₀ и провод/провод C₁₂, между которыми существует следующее соотношение:

C = 3 C₁₂ + C₀

where is:

В/у обозначения и d₀ = расстояние между продолными осями кабеля и провода

Из-за различии материалов используемых для изоляции жил и для нанесения поверх сердцевины кабеля и вариаций в значениях для ε_r, настоящие значения могут быть с значительными отклонениями от расчетных.

Зарядный ток этих кабелей в симетрической трехфазовой системе понимается:

I₀ = U₀ ω C 10 ^-3 ......................A/ km

Мощностные объемы и зарядные токи предоставлены в Таблице E.2.3.

Ток замыкания на землю

В сетях имеющих изолированную звездочку, ток замыкания на землю представляет диэлектрический ток замыкания на землю, в то время как в сетях с компенсацией замыкания на землю оставшийся ток меньше диэлектрического тока замыкания на землю. Связь между мощностью кабеля и диэлектрическим током замыкания на землю выражена следующей формулой:
Для кабелей с радиальным полем

I_z = 3 U₀ ω C 10 ^-3 = 3 I₀ ..............A/ km

Для кабелей с нерадиальным полем

I_z = 3 U₀ ω C₀ 10 ^-3.........................A/ km

Токи замыкания на землю являются равносильными для определения значений общего заземления трансформаторной подстанции в рамках в/у сетей.
Значения токов замыкания на землю представлены в Таблице E2.3.

В сетях где заземление звездочки идет через небольшое сопротивление, ток доземного короткого замыкания первостепенно определяется нулевыми импедансами в сети.

 

Нулевой импеданс

Допустимые токи постоянной эксплуатации (под нагрузко100% ) расчитаны по международному стандарту IEC 287, на условиях которые определены в Таблице E2.4, с примечанием что эти значения расчетные, поскольку нулевой импеданс кабеля в сети не обусловлен только самым кабелем но и множеством других проводок в земле, включая и другие паралельно проложенные кабели.

Нулевой импеданс состоит из реальной и нереальной компонентов, т.е. в комплексном виде он представлен как:

Z₀ = R₀ + j X₀ .................Ω/ km

Редукционные факторы

В случае замыкания на землю , общий ток проводимый кабелем разделяется в месте повреждения на две части: на ток проходимый через электрическую защиту и ток отводящийся через землю. Редукционный фактор представляет собой соотношение тока который возвращается через землю и общего тока замыкания на землю.

В Таблице E2. 5 представлены значения редукционных факторов кабелей изолированных оплетенным полиэтиленом, для выдерживания напряжений 12/20 kV и 20/35 kV.

   E.1.2 Допустимя токовая нагрузка
 

Допустимая токовая нагрузка и корректировочные факторы

Допустимые токи постоянной эксплуатации (под нагрузко100% ) расчитаны по международному стандарту IEC 287, на условиях которые определены в Таблице E1.1.
При расчете использованы следующие значения :

• предельно высокая длительная рабочая т-ра для оплетенного полиэтилена 90⁰C

• предельно высокая длительная рабочая т-ра для ПВХ (PVC) 70⁰C

• угол потерь tgδ для оплетенного полиэтилена 0,0005

• угол потерь tgδ для ПВХ (PVC) 0,1

• удельное термическое сопротивление оплетенного полиэтилена 3,5K*m/ W

• удельное термическое сопротивление ПВХ ( PVC) изоляции и оболочки 6 K*m/ W

• удельное термическое сопротивление термопластичного полиэтилена 3,5K*m/ W

• удельное термическое сопротивление земли (грунта) 1 K*m/ W

• глубина укладки кабеля 0,7m

• т-ра грунта на глубине укладки кабеля 20⁰C

• т-ра воздуха 30⁰C

• кабель (т.е. токовая цепь) отдельной прокладки

• электрическая защита (если имеется) с заземлением в двух концах

• кабели для прокладки по воздуху с защитой от прямого попадания солнечных лучей

Токовая нагрузка для кабелей уложенных в землю действует и в случаях когда часть глубокой канавы (траншеи) заполнена песком или другим видом подстилающего слоя который хорошо отводит тепло , в случаях когда кабель накрыт кирпичом и если вдоль трассы кабель проложен в нескольких трубах длиной не более 6 m.
Значения токовой нагрузки для кабелей проложенных по воздуху действуют при условии если обеспечена свободная циркуляция воздуха, т.е. нет препятствий отдаче тепла путем конвекции и излучения и, что температура окружающей среды резко не поднимается вследствие потерь в кабелях и, что нет побочных источников тепла. Перечисленные условия будут выполнены если:

• расстояние кабеля от стены, почвы или покрытия ≥2 cm

• расстояние между кабелями ≥ 2* -диаметр кабеля,

• вертикальное расстояние между слоями кабеля ≥ 20 cm.

Если имеются отклонения от заданных условий применяются корректировочные факторы, определенные в разделе F. Разделом охвачены следующие факторы:

Факторы типа F касающиеся отклонений от условий окружающей среды :

- Для кабелей с укладкой в грунт
f₁- отклонения в температуре ...................................................................... Таблица F1
f₂- отклонения в термическом сопротивлении грунта..................................... Таблица F2.1
f₃- отклонения от расчетной глубины укладки................................................ Таблица F2.1
f₄- наличие покровного слоя над кабелем..................................................... Таблица F2.1
f₅- кабели в трубах или в несущих элементах бетонной конструкции ............ Таблица F2.3

- Для кабелей прокладываемых по воздуху
f₆- отклонения в температуре..... .................................................................. Таблица F1

Факторы типа G для группировки кабелей:

- Для кабелей с укладкой в грунт
g₁- группировка многожильных кабелей........................................................ Таблица F2.2
g₂- группировка одножильных кабелей......................................................... Таблица F2.2

- Для воздушных кабелей
g₁- группировка многожильных кабелей с интервалами.. Таблица F3.1
g₁- группировка многожильных кабелей с точкой соприкосновения................ Таблица F3.2
g₂- группировка одножильных кабелей в треугольном формировании............ Таблица F3.3
g₂- группировка одножильных кабелей в одной плоскости............................. Таблица F3.4