Selección de sección de cable y alambre: por calentamiento, por corriente, por pérdida de tensión

La sección transversal de alambres y cables se determina en función del calentamiento permisible, teniendo en cuenta los modos normal y de emergencia, así como la distribución desigual de corrientes entre líneas individuales, ya que el calentamiento cambia las propiedades físicas del cable, aumenta su resistencia, aumenta la consumo inútil de energía eléctrica para calentar partes conductoras y acortar la vida del aislamiento. El calor excesivo es peligroso para el aislamiento y las conexiones de contacto y puede provocar incendios y explosiones.

Selección de cable y sección transversal del cable calefactor.

La selección de la sección transversal a partir de las condiciones de calentamiento admisible se reduce al uso de las tablas pertinentes de cargas de corriente admisibles a largo plazo Id, en las que los conductores se calientan a la temperatura máxima admisible establecida por la práctica para evitar prematuras desgaste del aislamiento, para garantizar un contacto confiable en los puntos de conexión del cable y para eliminar varias situaciones de emergencia que ocurren en Id ≥ Ip, Ip — corriente de carga nominal.

Las cargas intermitentes intermitentes al seleccionar una sección transversal del cable se vuelven a calcular a una corriente continua reducida

donde Ipv es la corriente en modo apagado del receptor con la duración de la activación de PV.

Al elegir la sección transversal de los cables y alambres, se debe tener en cuenta que, a la misma temperatura de calentamiento, la densidad de corriente permitida de los cables conductores con una sección transversal más grande debe ser menor, ya que su sección transversal aumenta a más: grande el grado de crecimiento de la superficie de enfriamiento (ver arroz. 1). Por esta razón, para ahorrar metales no ferrosos, en lugar de un cable con una sección transversal mayor, a menudo se eligen dos o más cables con una sección transversal más pequeña.

Figura 1. Gráfico de la dependencia de la densidad de corriente permisible en la sección transversal de los conductores de cobre en un cable de tres hilos al aire libre para un voltaje de 6 kV con aislamiento de papel impregnado, calentado por corriente a una temperatura de + 65 ° C en una temperatura del aire de +25 «C.

En la selección final de alambres y cables de la condición de calentamiento permisible de acuerdo con las tablas correspondientes, es necesario tener en cuenta no solo la corriente estimada de la línea, sino también el método de colocación, el material de los cables y la temperatura ambiente

Las líneas de cable para voltajes superiores a 1000 V, seleccionadas de acuerdo con las condiciones de calentamiento de corriente larga permisible, también se verifican para calentamiento por corrientes de cortocircuito. En el caso de que la temperatura de los conductores de cobre y aluminio de los cables con aislamiento de papel impregnado con un voltaje de hasta 10 kV exceda los 200 ° C y los cables para un voltaje de 35-220 kV por encima de los 125 ° C, su sección transversal aumenta en consecuencia.

La sección transversal de los alambres y cables de las redes eléctricas internas con un voltaje de hasta 1000 V está coordinada con las capacidades de conmutación de los dispositivos de protección lineal (fusibles y disyuntores), por lo que la desigualdad está justificada Azd / Azc h, donde kz — el múltiplo de la corriente a largo plazo permitida del cable a la corriente nominal o la corriente del dispositivo de protección Azs (de PUE). El incumplimiento de la desigualdad anterior obliga a aumentar en consecuencia la sección principal seleccionada.

Selección de la sección transversal de cables y alambres para pérdida de voltaje.

Se debe verificar la sección transversal de los cables y conductores seleccionados por las condiciones de calentamiento y consistentes con las capacidades de conmutación de los dispositivos de protección respecto a la pérdida de voltaje lineal.

donde U es el voltaje de la fuente de energía eléctrica, Unom es el voltaje en el punto de conexión del receptor.

La desviación permisible del voltaje del terminal del motor del voltaje nominal no debe exceder el ± 5% y, en algunos casos, puede alcanzar el + 10%.

En las redes de alumbrado, la caída de tensión para las lámparas más distantes de alumbrado interior de trabajo y las instalaciones de proyectores de alumbrado exterior no debe superar el 2,5 % de la tensión nominal de las lámparas, para lámparas de alumbrado exterior y de emergencia — 5 %, y en redes con voltaje 12.,. 42V — 10%. Una mayor reducción de la tensión conduce a una disminución significativa de la iluminación de los lugares de trabajo, provoca una disminución de la productividad laboral y puede dar lugar a condiciones en las que no se garantiza el encendido de las lámparas de descarga de gas. El voltaje más alto de las lámparas, por regla general, no debe exceder el 105% de su valor nominal.

No se permite un aumento en el voltaje de las redes internas de suministro de energía más allá de lo previsto en las normas, ya que conduce a un aumento significativo en el consumo de energía eléctrica, una disminución en la vida útil del suministro de energía y la iluminación de electricidad equipos y, en ocasiones, a una disminución de la calidad de los productos.

Arroz. 2. Cálculo de la pérdida de voltaje en una línea trifásica de tres vías al elegir la sección transversal de cables y alambres: a-con una carga al final de la línea, b-con varias cargas distribuidas.

Verificando la sección transversal de los cables de una línea trifásica de tres cables con una carga en su extremo (Fig. 2, a), caracterizada por la corriente nominal Azp y el factor de potencia cos phi para la pérdida de voltaje lineal relativa, realice como sigue:

donde Unom es la tensión nominal de la red, V, Ro y Xo son la resistencia activa e inductiva, respectivamente, de un kilómetro de línea, seleccionada de las tablas de referencia, Ohm/km, Pp es la potencia activa calculada de la carga , kilovatios; L es la longitud de la línea, km.

Para una línea trifásica principal no ramificada de tres hilos de sección constante, que transporta cargas distribuidas a lo largo de ella con corrientes nominales Azstr1, AzR2, ..., Azr y los factores de potencia correspondientes cos phi1, cos phi2, ..., cos phi distante de la fuente de alimentación a las distancias L1, L2, …, Ln (Fig. 2, b), la pérdida de voltaje lineal relativa al receptor más lejano:

donde PRi potencia activa — i-ésima carga calculada alejada de la fuente de energía a una distancia L.

Si la pérdida de tensión relativa calculada dU resulta ser superior a las normas permitidas, es necesario aumentar la sección seleccionada para garantizar el valor normalizado de este valor.

Con secciones transversales pequeñas de alambres y cables, la resistencia inductiva Xo puede despreciarse, lo que simplifica enormemente los cálculos correspondientes. en redes trifásicas de distribución trifilar de alumbrado exterior, que difieren en una longitud importante, se debe prestar atención a la correcta inclusión de luminarias equidistantes, pues de lo contrario pérdida de voltaje se distribuyen de forma desigual en las fases y pueden alcanzar varias decenas porcentuales en comparación con la tensión nominal.

Esquemas para encender dispositivos de iluminación equidistantes para iluminación exterior: a — correcto, b — incorrecto

Selección de la sección transversal del cable para una densidad de corriente económica

La selección de la sección de alambres y cables, sin tener en cuenta factores económicos, puede generar pérdidas importantes de energía eléctrica en las líneas y un aumento significativo de los costos de operación.Por ello, la sección de los hilos de las redes eléctricas con alimentación interna de considerable longitud, así como redes que operen con un gran número de horas de uso de la carga máxima -Tmax > 4000 h- debe ser responsable al menos de una densidad de corriente económica recomendada que establece la relación óptima entre los costos de capital y los costos de operación, la cual se define de la siguiente manera:

donde Azr — corriente nominal de la línea, sin tener en cuenta el aumento de carga en caso de averías y reparaciones, Jd — densidad de corriente económica basada en el reembolso de los costos de capital dentro de 8 a 10 años.

Sección económica esperada redondeada al estándar más próximo y, si resulta ser superior a 150 mm2, se sustituye una línea de cable por dos o más cables de sección total correspondiente a la económica. Utilizar cables de baja carga variable con una sección inferior a 50 mm2 No recomendado.

Sección transversal de cables y alambres con un voltaje de hasta 1000 V con el número de horas de uso de la carga máxima Tmax <4000 … 5000 h y todas las ramas a los receptores del mismo voltaje, redes eléctricas de instalaciones de iluminación, estructuras temporales y las estructuras con una vida útil corta de hasta 3 — 5 años no se eligen de acuerdo con la densidad de corriente económica.

En redes trifásicas de cuatro pasos no se calcula la sección del conductor neutro, sino que se toma al menos el 50% de la sección seleccionada para los conductores principales, y en redes que alimentan lámparas de descarga de gas, que provocan la aparición de armónicos de corriente superiores, al igual que para los cables principales.