Предельно допустимые токовые нагрузки на кабель зависят отдопустимой температуры нагрева кабеля или провода в процессеэксплуатации, при которой изоляция не подвергается быстрому старению ине снижаются ее механическая прочность и эластичность. За допустимуютемпературу принимают температуру токопроводящей жилы, не превышающуюдопустимой температуры нагрева изоляции (табл. 4-2). Поэтому тепловойрасчет кабелей сводится к определению температуры токопроводящей жилы сучетом потерь в жилах, изоляции, оболочках и броне. При этом учитываюттепловые сопротивления кабеля и окружающей среды, а также колебаниятемпературы окружающей среды за счет сезонных изменений температуры ипосторонних источников тепла.
Таблица 4-2.
Для наглядности расчета допустимых нагрузок прибегают к построениюсхемы замещения тепловых сопротивлений и потоков для конкретныхконструкций кабеля и условий прокладки. На рис. 4-7 приведены схемызамещения одножильного кабеля в воздухе, трехжильного кабеля в стальнойтрубе с маслом под давлением для прокладки в земле и трехжильногокабеля с поясной изоляцией в канале блока. Потери в токопроводящей жилена единицу длины кабеля при постоянном токе
и при переменном токе
где Rж - активное сопротивление жилы (переменному току) с учетом поверхностного эффекта и эффекта близости.
Диэлектрические потери в изоляции кабеля
Превышение температуры токопроводящей жилы над температурой окружающей среды в одножильном кабеле, проложенном в воздухе,
Допустимый ток нагрузки одножильного кабеля
где Тдоп - максимально допустимая температура жилы (табл. 4-2); kр - отношение потерь в оболочке к потерям в жиле.
Превышение температуры жилы трехжильного кабеля низкого напряжения над температурой поверхности блока Тбл, проложенного в земле:
Допустимый ток нагрузки этого кабеля
Превышение температуры жил маслонаполненного кабеля высокогодавления в трубопроводе над температурой земли, окружающей трубопровод,
Допустимый ток нагрузки
где kак - отношение потерь в экране к потерям в жиле; kт- отношение потерь в трубопроводе к потерям в трех жилах кабеля.Отношение допустимого тока нагрузки на кабель, проложенный в воздухе, ктоку нагрузки кабеля, проложенного в земле,
откуда допустимый ток нагрузки кабеля при прокладке в воздухе
Разновидностью подземной прокладки является размещение кабелей вбетонных блоках или асбошиферных трубах, находящихся в земле. Приопределении допустимого тока нагрузки в этом случае учитывают нагревкабеля относительно воздуха в блоке и нагрев самого блока относительноокружающего его слоя грунта. Вследствие эксцентричного положения кабеляв канале блока температуры наружной поверхности оболочки кабеля вверхней и нижней частях различны, но разница редко превосходит 1°С
Ток нагрузки кабеля в блоке зависит от формы блока, числа каналов внем и взаимного расположения каналов с размещенными в них кабелями. Прирасположении кабелей в два ряда все кабели в блоке охлаждаютсяодинаково хорошо, а при расположении их в виде квадрата хорошоохлаждаются только кабели, лежащие на периферии. Кроме того, внутренниекабели подогревают наружные, уменьшая их допустимую нагрузку. Бетонныйблок с кабелями имеет большую постоянную времени нагрева, поэтому оннагревается длительное время. При уменьшении нагрузки температуракабеля не будет изменяться (понижаться) пропорционально квадрату тока вжилах, так как нагретый блок будет подогревать кабель. Отношениеразности температур внутренней стенки канала и окружающего блок грунтак среднесуточным тепловым потерям во всех кабелях блока называюттепловой постоянной канала блока:
Тепловую постоянную при коэффициенте нагрузки 50% можно вычислить по формуле
где N - число каналов или труб по высоте блока; М - число наружных каналов блока.
В большинстве случае значение Н для блоков разной формы находится впределах 20-40 град o см/вт; обычно его принимают равным 30 градoсм/вт.При вычислении среднесуточных потерь значение тока нагрузки принимаютравным среднеквадратичному значению суточной нагрузки. Температура блока
При определении пиковой нагрузки кабеля тепловую постоянную умножаютна отношение средних суточных потерь к максимальным потерям, обычноравное для линейных кабелей 0,5-0,65, а для генераторных кабелей0,8-0,9. Ток перегрузки вычисляют по приближенной формуле
где m=I/Iдоп; I - ток в кабеле, а; Iдоп - длительно допустимый ток в кабеле, а.
Установившаяся температура от тока перегрузки Iпер
Установившаяся температура от тока нагрузки
Допустимый ток перегрузки для заданного времени
Зарядный ток трехжильных кабелей с поясной изоляцией
где ил - номинальное линейное напряжение, в.
Увеличений пропускной способности кабелей на напряжение 220 кв ивыше путем увеличения сечения токопроводящих жил возможно только доопределенного предела, а далее - при применении искусственногоохлаждения. Объясняется это тем, что с увеличением сечения жилувеличиваются объем изоляции и соответственно диэлектрические потери вних. Охлаждение кабеля можно осуществлять маслом или водой. Приохлаждении маслом используется канал в жиле кабеля или промежутки междужилами в трубопроводе; обратный поток масла пропускается подополнительной линии, проходящей через теплообменник для охлаждения.При охлаждении водой в непосредственной близости к кабелямпрокладываются трубы, по которым циркулирует вода; при этом происходитуменьшение величины эффективного теплового сопротивления среды,окружающей кабель, и появляется возможность увеличения его нагрузки.