ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009 Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 1-1. Уравнения для расчета номинальной токовой нагрузки (100%-ный коэффициент нагрузки) и расчет потерь. Общие положения.
ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009
Группа Е49
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАБЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ. РАСЧЕТ НОМИНАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ НАГРУЗКИ
Часть 1-1
Уравнения для расчета номинальной токовой нагрузки (100%-ный коэффициент нагрузки) и расчет потерь.
Общие положения
Electric cables. Calculation of the current rating. Part 1-1. Current rating equations (100% load factor) and calculation of losses. General
ОКС 29.060.20
ОКП 35 0000
Дата введения 2010-01-01
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности" (ОАО "ВНИИКП") на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 46 "Кабельные изделия"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 июня 2009 г. N 217-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 60287-1-1:2006 "Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 1-1. Уравнения для расчета номинальной токовой нагрузки (100%-ный коэффициент нагрузки) и расчет потерь. Общие положения" (IEC 60287-1-1:2006 "Electric cables - Calculation of the current rating - Part 1-1: Current rating equations (100% load factor) and calculation of losses - General").
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении А
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
Введение
Приведены также формулы для расчета потерь.
В настоящем стандарте формулы содержат величины, изменяющиеся в зависимости от конструкции кабеля и применяемых материалов. Значения, указанные в таблицах, соответствуют установленным международным (например, электрические удельные сопротивления и температурные коэффициенты сопротивления) либо общепринятым в практике (например, тепловые удельные сопротивления и диэлектрические постоянные материалов). В последнем случае некоторые из указанных значений не являются характеристикой качества новых кабелей, а относятся к кабелям после длительного периода эксплуатации. Для того, чтобы можно было получить однородные и сравнимые результаты, необходимо рассчитывать номинальные токовые нагрузки по указанным в настоящем стандарте значениям. Однако, если точно известно, что конкретным материалам и конструкции более соответствуют другие значения, то можно использовать эти значения, при условии, что они, а также соответствующие номинальные токовые нагрузки, будут указаны.
Значения, относящиеся к условиям эксплуатации кабелей, могут значительно отличаться друг от друга в разных странах. Например, что касается температуры окружающей среды и теплового удельного сопротивления почвы, их значения в разных странах определяют, исходя из различных соображений. Поверхностные сравнения значений, используемых в разных странах, могут привести к ошибочным заключениям, если они не основаны на общем критерии, например, могут быть различны предполагаемые сроки службы кабелей, в некоторых странах конструкция основана на максимальных значениях теплового удельного сопротивления почвы, в то время как в других странах используют средние значения. В частности, что касается теплового удельного сопротивления почвы, хорошо известно, что эта величина очень зависит от содержания влаги в почве и может значительно изменяться с течением времени, в зависимости от типа почвы, топографических и метеорологических условий, а также нагрузки кабеля.
Для выбора значений различных параметров необходимо использовать следующую процедуру.
Числовые значения должны основываться, главным образом, на результатах соответствующих измерений. Часто оказывается, что эти результаты уже включены в национальные технические требования в качестве рекомендуемых значений, поэтому расчет может быть основан на значениях, используемых в данной стране; обзор таких значений приведен в [1].
Перечень информации, необходимой для выбора соответствующего типа кабеля, приведен в [1].
1 Общие положения
1.1 Область применения
Настоящий стандарт рассматривает условия установившегося режима работы кабелей при любом переменном напряжении и постоянном напряжении до 5 кВ, проложенных непосредственно в земле, в каналах, лотках или стальных трубах, с частичным осушением почвы или без, а также кабелей, проложенных на воздухе. Термин "установившийся режим" обозначает ток постоянной величины при непрерывном режиме работы (100%-ный коэффициент нагрузки), достаточный для того, чтобы асимптотически создать максимальную температуру жилы при постоянных условиях окружающей среды.
Настоящий стандарт содержит формулы для расчета номинальных токовых нагрузок и потерь.
Формулы настоящего стандарта являются достаточно точными и в то же время позволяют варьировать некоторые важные параметры. Эти параметры можно разделить на три группы:
- параметры, относящиеся к конструкции кабеля (например, тепловое удельное сопротивление изоляционного материала), для которых были выбраны характерные значения, основанные на опубликованных работах;
- параметры, относящиеся к условиям окружающей среды, которые могут быть очень разнообразны, выбор этих параметров зависит от страны, в которой используются или должны использоваться кабели;
- параметры, которые принимаются по соглашению между изготовителем и потребителем и касаются запаса надежности работы кабеля (например, максимальная температура жилы).
1.2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты:
МЭК 60028:1925 Международные нормы на электрическое сопротивление меди
МЭК 60141 (все части) Испытания маслонаполненных кабелей и кабелей с газом под давлением и арматуры к ним
МЭК 60228 Токопроводящие жилы изолированных кабелей
МЭК 60287-2-1 Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 2-1. Тепловое сопротивление. Расчет теплового сопротивления
МЭК 60889 Твердотянутая алюминиевая проволока для проводов воздушных линий передачи
Примечание - Для датированных ссылок используют только указанное в ссылке издание. Для недатированных ссылок используют самое последнее издание (включая изменения).
1.3 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
|
|
|
|
 | - площадь поперечного сечения брони, мм  ; | ||
 |
- коэффициенты (см. 2.4.2); | ||
 | - емкость изолированной жилы, Ф/м; | ||
 | - наружный диаметр кабеля, м; | ||
 | - диаметр по изоляции, мм; | ||
 | - наружный диаметр металлической оболочки, мм; | ||
 | - диаметр воображаемого соосного цилиндра, касающегося выступов гофрированной оболочки, мм; | ||
 | - диаметр воображаемого цилиндра, касающегося внутренней поверхности впадин гофрированной оболочки, мм; | ||
 | - коэффициент, определенный в 2.3.5; | ||
 | - интенсивность солнечного излучения, Вт/м ; | ||
| - намагничивающая сила (см. 2.4.2), ампер-витки/м; | ||
 | - индуктивность оболочки, Гн/м; | ||
 |
- компоненты индуктивности, определяемые стальными проволоками (см. 2.4.2), Гн/м; | ||
 | - ток в одной жиле (среднеквадратичное значение), А; | ||
 |
- коэффициенты, определенные в 2.3.5; | ||
 |
- коэффициенты, определенные в 2.3.3, Ом/м; | ||
| - сопротивление жилы переменному току при максимальной рабочей температуре, Ом/м; | ||
 | - сопротивление брони переменному току при максимальной рабочей температуре, Ом/м; | ||
 | - сопротивление брони переменному току при 20 °С, Ом/м; | ||
 | - эквивалентное сопротивление переменному току оболочки и брони, соединенных параллельно, Ом/м; | ||
 | - сопротивление оболочки или экрана кабеля переменному току при максимальной рабочей температуре, Ом/м; | ||
 | - сопротивление оболочки или экрана кабеля переменному току при 20 °С, Ом/м; | ||
 | - сопротивление жилы постоянному току при максимальной рабочей температуре, Ом/м; | ||
 | - сопротивление жилы постоянному току при 20 °С, Ом/м; | ||
 | - тепловое сопротивление на фазу между жилой и оболочкой, К·м/Вт; | ||
 | - тепловое сопротивление между оболочкой и броней, К·м/Вт; | ||
 | - тепловое сопротивление наружного защитного покрытия, К·м/Вт; | ||
 | - тепловое сопротивление окружающей среды (отношение превышения температуры поверхности кабеля над температурой окружающей среды к потерям на единицу длины), К·м/Вт; | ||
 | - тепловое сопротивление окружающей среды при прокладке кабеля на воздухе с поправкой на солнечное излучение, К·м/Вт; | ||
 | - напряжение между жилой и экраном или оболочкой, В; | ||
 | - потери в броне на единицу длины, Вт/м; | ||
 | - потери в жиле на единицу длины, Вт/м; | ||
| - диэлектрические потери на единицу длины на фазу, Вт/м; | ||
 | - потери в оболочке на единицу длины, Вт/м; | ||
 | - общие потери в оболочке и броне на единицу длины, Вт/м; | ||
 | - реактивное сопротивление оболочки (двухжильные кабели и трехжильные кабели, расположенные треугольником), Ом/м; | ||
 | - реактивное сопротивление оболочки (при расположении кабелей в одной плоскости), Ом/м; | ||
 | - взаимное реактивное сопротивление между оболочкой одного кабеля и жилами двух других при расположении кабелей в одной плоскости, Ом/м; | ||
 | - наиболее короткая малая длина в перекрестно-соединенной электрической секции с неравными малыми длинами, мм; | ||
 | - расстояние между осями жил и осью кабеля для трехжильных кабелей (  - для секторных жил), мм; | ||
 | - средний диаметр оболочки или экрана, мм; | ||
 | - средний диаметр оболочки и усиливающего покрытия, мм; | ||
 | - средний диаметр усиливающего покрытия, мм; | ||
 | - средний диаметр брони, мм; | ||
 | - наружный диаметр жилы, мм; | ||
 | - наружный диаметр полой жилы, мм; | ||
 | - внутренний диаметр трубы, мм; | ||
 | - диаметр стальной проволоки, мм; | ||
 | - внутренний диаметр полой жилы, мм; | ||
 | - максимальный диаметр экрана или оболочки при овальной жиле, мм; | ||
 | - минимальный диаметр экрана или оболочки при овальной жиле, мм; | ||
 | - диаметр эквивалентной круглой жилы с такой же площадью поперечного сечения и такой же степенью уплотнения, что и фасонная жила, мм; | ||
 | - частота системы, Гц; | ||
 | - коэффициент, используемый в 2.3.6.1; | ||
 | - коэффициент, используемый при расчете потерь на гистерезис в броне или усиливающем покрытии (см. 2.4.2.4); | ||
 | - коэффициент, используемый при расчете  (эффекта близости); | ||
 | - коэффициент, используемый при расчете  (поверхностного эффекта); | ||
 | - длина кабельной секции (общее обозначение, см. 2.3 и 2.3.4), м; | ||
 | - натуральный логарифм (логарифм по основанию  ); | ||
 | -  ; | ||
 | - число жил в кабеле; | ||
 | - число стальных проволок в кабеле (см. 2.4.2); | ||
 | - длина шага наложения стальной проволоки вдоль кабеля (см. 2.4.2), мм; | ||
 |
- коэффициенты, используемые в 2.3.6.2; | ||
 | - радиус окружности, описанной вокруг двух или трех фасонных жил, мм; | ||
 | - расстояние между осями жил, мм; | ||
 | - расстояние между осями двух соседних кабелей, расположенных в группе из трех, не соприкасающихся друг с другом кабелей, проложенных горизонтально, мм; | ||
 | - расстояние между осями кабелей (см. 2.4.2), мм; | ||
 | - толщина изоляции между жилами, мм; | ||
 | - толщина защитного покрытия, мм; | ||
 | - толщина оболочки, мм; | ||
 | - отношение тепловых удельных сопротивлений сухой и влажной почвы (  ); | ||
| - аргумент функции Бесселя, используемый при расчете эффекта близости; | ||
| - аргумент функции Бесселя, используемый при расчете поверхностного эффекта; | ||
 | - коэффициент эффекта близости (см. 2.1); | ||
 | - коэффициент поверхностного эффекта (см. 2.1); | ||
 | - температурный коэффициент удельного электрического сопротивления при 20 °С, 1/К; | ||
 | - угол между осью проволок брони и осью кабеля (см. 2.4.2); | ||
 | - коэффициент, используемый в 2.3.6.1; | ||
 | - угловая временная задержка (см. 2.4.2); | ||
 |
- коэффициенты, используемые в 2.3.6.1; | ||
 | - эквивалентная толщина брони или усиливающего покрытия, мм; | ||
 | - коэффициент потерь для изоляции; | ||
 | - относительная диэлектрическая проницаемость изоляции; | ||
 | - максимальная рабочая температура жилы, °С; | ||
 | - температура окружающей среды, °С; | ||
 | - максимальная температура брони, °С; | ||
 | - максимальная температура экрана или оболочки кабеля, °С; | ||
 | - критическая температура почвы - это температура на границе между сухой и влажной зонами, °С; | ||
 | - допустимое превышение температуры жилы над температурой окружающей среды, К; | ||
 | - превышение критической температуры почвы - это превышение температуры на границе между сухой и влажной зонами по сравнению с температурой окружающей почвы, К; | ||
 | - коэффициент, используемый в 2.3.6.1; | ||
, | - соответственно, отношение общих потерь в металлических оболочках и отношение общих потерь в броне к общим потерям в жилах (или потерь в одной оболочке или броне к потерям в одной жиле); | ||
 | - отношение потерь в одной оболочке, обусловленных циркулирующими токами в оболочке, к потерям в одной жиле; | ||
 | - отношение потерь в одной оболочке, обусловленных вихревыми токами, к потерям в одной жиле; | ||
   | - коэффициент потерь для среднего кабеля;
- коэффициент потерь для внешнего кабеля с наибольшими потерями;
- коэффициент потерь для внешнего кабеля с наименьшими потерями; |  |
Три кабеля, расположенные в одной плоскости без траснпозиции, с оболочками, соединенными на обоих концах |
 | - относительная магнитная проницаемость материала брони; | ||
 | - продольная относительная магнитная проницаемость; | ||
 | - поперечная относительная магнитная проницаемость; | ||
 | - удельное электрическое сопротивление материала жилы при 20 °С, Ом·м; | ||
 | - удельное тепловое сопротивление сухой почвы, К·м/Вт; | ||
 | - удельное тепловое сопротивление влажной почвы, К·м/Вт; | ||
 | - удельное электрическое сопротивление оболочки при 20 °С, Ом·м; | ||
 | - коэффициент поглощения солнечного излучения поверхностью кабеля; | ||
 | - угловая частота системы (  ). | ||
1.4 Допустимая номинальная токовая нагрузка кабелей
При расчете допустимой токовой нагрузки в условиях частичного высыхания почвы необходимо также рассчитать токовую нагрузку для условий, когда высыхание почвы не происходит. Используют меньшую из двух полученных нагрузок.
1.4.1 Кабели, проложенные в почве, когда высыхание почвы не происходит, или на воздухе
1.4.1.1 Кабели на переменное напряжение
Допустимая токовая нагрузка кабелей на переменное напряжение может быть получена из формулы превышения температуры жилы над температурой окружающей среды
Примечание - Имеется в виду средняя температура окружающей среды при нормальных условиях в случае, когда кабели прокладываются или будут проложены с учетом влияния любого местного источника тепла, но без учета повышения температуры от кабелей, расположенных в непосредственной близости, вследствие выделяющейся в них теплоты.
Из вышеприведенной формулы получают допустимое значение токовой нагрузки
Если кабель подвергается воздействию прямых солнечных лучей, следует применять формулу по МЭК 60287-2-1 (подпункт 2.2.1.2).
Номинальная токовая нагрузка четырехжильного кабеля на низкое напряжение может быть принята равной номинальной токовой нагрузке трехжильного кабеля на то же напряжение, с тем же размером жил и аналогичной конструкции, при условии, что кабель будет использоваться в трехфазной системе, в которой четвертая жила является нейтральным либо защитным проводником. В случае нейтрального проводника номинальная токовая нагрузка относится к симметричной нагрузке.
1.4.1.2 Кабели на постоянное напряжение до 5 кВ
Допустимое значение номинальной токовой нагрузки кабелей при постоянном напряжении получают по следующей упрощенной формуле по отношению к формуле для переменного напряжения:
Если кабель подвергается воздействию прямых солнечных лучей, следует применять формулу по МЭК 60287-2-1 (подпункт 2.2.1.2).
1.4.2 Кабели, проложенные в условиях частичного высыхания почвы
1.4.2.1 Кабели на переменное напряжение
Нижеприведенный метод применим только для одиночных изолированных кабелей или цепей, проложенных на обычной глубине. Этот метод основан на простой двухзоновой модели почвы, когда одна зона, прилегающая к кабелю, высушена, в то время как другая сохраняет тепловое удельное сопротивление местной среды, при этом граница между этими зонами изотермическая*. Метод считается приемлемым для тех областей применения, где влияние почвы учитывают лишь по упрощенной форме.
______________
* См. [2] (в частности, раздел 3 и приложение 1).
Примечание - Прокладка более одной цепи, а также необходимое расстояние между цепями находится в стадии рассмотрения.
Изменения внешнего теплового сопротивления, за счет образования сухой зоны вокруг одиночного изолированного кабеля или цепи, учтены в следующей формуле [см. формулу (2)]:
Примечание - Выбор соответствующих характеристик почвы находится в стадии рассмотрения. Эти значения могут быть согласованы между изготовителем и потребителем.
1.4.2.2 Кабели на постоянное напряжение до 5 кВ
Допустимую токовую нагрузку кабеля на постоянное напряжение определяют по следующей упрощенной формуле:
1.4.3 Кабели, проложенные в условиях, когда не следует допускать высыхания почвы
1.4.3.1 Кабели на переменное напряжение
Примечание - Для четырехжильных низковольтных кабелей см. 1.4.1.1.
1.4.3.2 Кабели на постоянное напряжение до 5 кВ
Допустимую токовую нагрузку для кабелей на постоянное напряжение получают по следующей упрощенной формуле по отношению к формуле для кабелей на переменное напряжение:
1.4.4 Кабели, подверженные прямому солнечному излучению
Допустимые токовые нагрузки
Учитывая действие солнечного излучения на кабель, допустимую токовую нагрузку определяют по следующим формулам.
1.4.4.1 Кабели на переменное напряжение
1.4.4.2 Кабели на постоянное напряжение до 5 кВ
2 Расчет потерь
2.1 Сопротивление жилы переменному току
2.1.1 Сопротивление жилы постоянному току
Таблица 1 - Электрическое удельное сопротивление и температурные коэффициенты используемых металлов
|
|
|
Материал | Удельное сопротивление при 20 ° С , Ом·м | Температурный коэффициент при 20 ° С , 1/К |
а) Жилы |
|
|
Медь | 1,7241 ·10  | 3,93 ·10  |
Алюминий | 2,8264 ·10 | 4,03 ·10 |
b) Оболочка и броня |
|
|
Свинец или свинцовые сплавы | 21,4 ·10 | 4,0 ·10 |
Сталь | 13,8 ·10 | 4,5 ·10 |
Бронза | 3,5 ·10 | 3,0 ·10 |
Нержавеющая сталь | 70 ·10 | Можно пренебречь |
Алюминий | 2,84 ·10 | 4,03 ·10 |
Примечание - Значения для медных токопроводящих жил взяты из МЭК 60028. Значения для алюминиевых токопроводящих жил взяты из МЭК 60889. | ||
При отсутствии соответствующей формулы для жил секторного и овального сечения рекомендуется использовать формулу (12).
Коэффициент эффекта близости определяют по формуле
|
|
|
|
Тип жилы | Пропитанная или нет | | |
Медная: |
|
|
|
- круглая, многопроволочная; | Да | 1 | 0,8 |
- круглая, многопроволочная; | Нет | 1 | 1 |
- круглая сегментная  ; |
| 0,435 | 0,37 |
- полая, скрученная по спирали; | Да |  | 0,8 |
- секторная; | Да | 1 | 0,8 |
- секторная; | Нет | 1 | 1 |
Алюминиевая: |
|
|  |
- круглая, многопроволочная; | Да, нет | 1 |
|
- круглая, 4-сегментная; | Да, нет | 0,28 |
|
- круглая, 5-сегментная; | Да, нет | 0,19 |
|
- круглая, 6-сегментная; | Да, нет | 0,12 |
|
- сегментная с повивами стренг по периферии; | Да, нет |  |
|
Приведенные значения относятся к жилам, состоящим из четырех сегментов (с центральным каналом или без него), площадь каждого из которых составляет до 1600 мм . Эти значения применимы к тем жилам кабелей, в которых все повивы проволок имеют одинаковое направление скрутки. Эти значения окончательно не утверждены, т.к. сам вопрос находится в стадии рассмотрения. Для определения следует использовать следующую формулу:  , (14) где - внутренний диаметр полой жилы (центрального канала), мм; - наружный диаметр полой жилы, мм. Для кабелей, имеющих токопроводящую жилу, которая состоит из центральной сегментной части и одного или нескольких повивов стренг, при определении следует использовать следующую формулу:  , (15) где  - отношение общего сечения периферийных стренг к общему сечению готовой жилы; - отношение общего сечения сегментной части жилы к общему сечению готовой жилы,  .  ,  , где - число сегментов. Формула (15) применима для алюминиевых токопроводящих жил сечением до 1600 мм . Если общее сечение периферийных стренг составляет более 30% общего сечения жилы, тогда значение принимают равным 1. Несмотря на то, что в настоящее время нет утвержденных данных, относящихся непосредственно к коэффициенту для алюминиевых жил, рекомендуется использовать для многопроволочных алюминиевых жил те же значения, которые приведены для медных жил аналогичной конструкции. | |||
2.1.4.1 Кабели с круглыми жилами
Коэффициент эффекта близости определяют по формуле
2.1.4.2 Кабели с фасонными жилами
2.1.5 Поверхностный эффект и эффект близости в кабелях, проложенных в трубопроводах
Для кабелей, проложенных в трубопроводах, поверхностный эффект и эффект близости, определенные в соответствии с 2.1.2, 2.1.3 и 2.1.4, следует увеличить на коэффициент 1,5. Для этих кабелей:
2.2 Диэлектрические потери (только для кабелей на переменное напряжение)
Таблица 3 - Значения относительной диэлектрической проницаемости и коэффициента диэлектрических потерь для изоляции кабелей на среднее и высокое напряжение промышленной частоты
|
|
|
|
Тип кабеля | | | |
Кабели с пропитанной бумажной изоляцией |
|
| |
С вязкой пропиткой, полностью пропитанные, с предварительной пропиткой или с пропиткой нестекающим составом | 4 | 0,01 | |
Кабели маслонаполненные, автономные : |
|
| |
на номинальное напряжение до  36 кВ; | 3,6 | 0,0035 | |
на номинальное напряжение до 87 кВ; | 3,6 | 0,0033 | |
на номинальное напряжение до 160 кВ; | 3,5 | 0,0030 | |
на номинальное напряжение до 220 кВ | 3,5 | 0,0028 | |
Маслонаполненные кабели в трубах под давлением | 3,7 | 0,0045 | |
Газонаполненные кабели с внешним давлением газа | 3,6 | 0,0040 | |
Газонаполненные кабели с внутренним давлением газа  | 3,4 | 0,0045 | |
Кабели с другими видами изоляции |
|
| |
Бутилкаучук | 4 | 0,050 | |
Этиленпропиленовая резина (EPR)  : |
|
| |
для кабелей на номинальное напряжение до 18/30 (36) кВ включ.; | 3 | 0,020 | |
для кабелей на номинальное напряжение св. 18/30 (36) кВ | 3 | 0,005 | |
Поливинилхлоридный пластикат (PVC) | 8 | 0,1 | |
Полиэтилен (РЕ) высокой (HD) или низкой (LD) плотности | 2,3 | 0,001 | |
Сшитый полиэтилен (XLPE) : |
|
| |
для кабелей на номинальное напряжение до 18/30 (36) кВ включ. (без наполнителей); | 2,5 | 0,004 | |
для кабелей на номинальное напряжение св. 18/30 (36) кВ (без наполнителей); | 2,5 | 0,001 | |
для кабелей на номинальное напряжение св. 18/30 (36) кВ (с наполнителем) | 3,0 | 0,005 | |
Полипропилен (PPL): |
|
| |
для кабелей на номинальное напряжение, равное или св. 63/110 кВ | 2,8 | 0,0014 | |
Обычно для каждого типа кабелей указывают допустимые значения при максимально допустимых температурах, возникающих при самых высоких напряжениях. См. МЭК 60141-1. См. МЭК 60141-4. См. МЭК 60141-3. См. МЭК 60141-2. См. МЭК 60502-1 и МЭК 60502-2. Примечание - Если значения равны значениям, приведенным ниже или более, то в этом случае следует учитывать значение диэлектрических потерь: | |||
| Тип кабеля | , кВ |
|
| Кабели с пропитанной бумажной изоляцией: |
|
|
| - с вязкой пропиткой; | 38 |
|
| - маслонаполненные кабели и кабели с газом под давлением | 63,5 |
|
| Кабели с изоляцией других видов: |
|
|
| Бутилкаучук | 18 |
|
| Этиленпропиленовая резина (EPR) | 63,5 |
|
| Поливинилхлоридный пластикат (PVC) | 6 |
|
| Полиэтилен (РЕ) высокой (HD) или низкой (LD) плотности | 127 |
|
| Сшитый полиэтилен (XLPE) (без наполнителей) | 127 |
|
| Сшитый полиэтилен (XLPE) (с наполнителем) | 63,5 |
|
2.3 Коэффициент потерь для оболочки и экрана (только для кабелей на переменное напряжение промышленной частоты)
Формулы (23)-(51) выражают потери в оболочке через общие потери в жиле (жилах), причем в каждом отдельном случае указано, какой вид потерь должен быть рассмотрен. Формулы для одножильных кабелей применимы только к однофазным цепям, влияние токов утечки на землю не учитывается. Приводятся методы для гладких и гофрированных оболочек.
Для одножильных кабелей с оболочками, соединенными с обоих концов электрической секции, следует учитывать только потери вследствие циркулирующих токов в оболочках (см. 2.3.1, 2.3.2 и 2.3.3). Электрической секцией считается часть трассы между точками, в которых соединены оболочки или экраны всех кабелей.
Обычно принимают в расчет увеличение расстояния между кабелями в определенных точках трассы (см. 2.3.4).
Для кабелей с сегментными жилами больших сечений коэффициент потерь должен быть увеличен, чтобы учесть потери, вызываемые вихревыми токами в оболочках (см. 2.3.5).
Для систем с перекрестным соединением оболочек не следует полагать, что малые секции электрически идентичны, и потери вследствие циркуляции токов в оболочках незначительны. В 2.3.6 даны рекомендации по расчету увеличения потерь в оболочках, чтобы был учтен этот электрический дисбаланс.
В формулах (23)-(27), (29), (30), (44)-(48), (50), (51) используется значение сопротивления оболочки или экрана при максимальной температуре. Максимальную температуру оболочки или экрана определяют по формуле
2.3.1 Два одножильных и три одножильных кабеля (расположенные треугольником), оболочки которых соединены на обоих концах каждой электрической секции
Для двух одножильных и трех одножильных кабелей (расположенных треугольником), оболочки которых соединены на обоих концах, коэффициент потерь определяют по формуле
2.3.2 Три одножильных кабеля, расположенные в одной плоскости, с регулярной транспозицией (оболочки соединены на обоих концах каждой электрической секции)
Для трех одножильных кабелей, расположенных в одной плоскости, со средним кабелем, равноудаленным от наружных кабелей, с регулярной транспозицией кабелей и оболочками, соединенными в каждой третьей транспозиции, коэффициент потерь определяют по формуле
2.3.3 Три одножильных кабеля, расположенные в одной плоскости, без транспозиции (оболочки соединены на обоих концах каждой электрической секции)
Для трех одножильных кабелей, расположенных в одной плоскости, со средним кабелем, равноудаленным от наружных кабелей, без транспозиции и с оболочками, соединенными на обоих концах электрической секции, коэффициент потерь для кабеля, имеющего наиболее высокие потери (т.е. наружного кабеля, несущего отстающую фазу), определяют по формуле
Для другого наружного кабеля коэффициент потерь определяют по формуле
Для среднего кабеля коэффициент потерь определяют по формуле
Номинальные токовые нагрузки для кабелей, проложенных в воздухе, должны быть основаны на приведенной выше первой формуле, т.е. на потерях в наружном кабеле, несущем отстающую фазу.
2.3.4 Влияние изменения расстояния между одножильными кабелями на участке между точками соединения оболочек
В цепях одножильных кабелей с оболочками, соединенными на обоих концах и, возможно, в промежуточных точках, циркулирующие токи и обусловленные ими потери возрастают по мере увеличения расстояния между кабелями, поэтому рекомендуется использовать как можно меньшее расстояние между кабелями. Оптимальное расстояние можно получить путем учета как потерь, так и взаимного нагрева кабелей.
Не всегда возможно проложить кабели, соблюдая одинаковое расстояние между ними на протяжении всей трассы. Ниже приводятся рекомендации относительно расчета потерь в оболочке вследствие циркулирующих токов, когда невозможно проложить кабели с постоянным расстоянием между ними на протяжении длины одной электрической секции. Секцией считается часть трассы между точками соединения оболочек всех кабелей. Приведенные рекомендации дают значения коэффициентов потерь, которые относятся ко всей секции, при этом следует отметить, что соответствующие значения сопротивления жилы и внешнего теплового сопротивления должны быть рассчитаны на основании наименьшего расстояния между кабелями в любом месте секции:
b) Если в какой-либо секции расстояние между кабелями и его отклонения вдоль трассы не известны и не могут быть определены, то потери в этой секции, определенные на основании расчетного расстояния между кабелями, следует увеличить на 25%, это значение соответствует кабелям высокого напряжения со свинцовой оболочкой. По соглашению можно использовать другое увеличение, если 25% не соответствует условиям частного случая прокладки.
c) Если секция включает расширяющийся конец, то увеличения по перечислению b) недостаточно, и рекомендуется произвести оценку расстояния и рассчитать потери по указанной в перечислении а) методике.
Примечание - Такое увеличение не допускается для линий с соединением оболочек в одной точке или перекрестным соединением (см. 2.3.6).
2.3.5 Влияние сегментных жил большого сечения
или
2.3.6 Одножильные кабели с соединением оболочек в одной точке или перекрестным соединением
2.3.6.1 Потери, обусловленные вихревыми токами
Для одножильных кабелей с соединением оболочек в одной точке или перекрестным соединением коэффициент потерь вследствие вихревых токов определяется следующим образом:
Примечание 2 - Для кабелей в алюминиевой оболочке может быть необходимо определение обоих членов, если диаметр оболочки более 70 мм, или оболочка толще чем обычно.
Примечание 3 - Для кабелей с проволочным экраном и выравнивающей лентой или с фольгированным экраном поверх проволок потерями за счет вихревых токов можно пренебречь.
1) Три одножильных кабеля, расположенных треугольником:
2) Три одножильных кабеля, расположенных в одной плоскости:
a) центральный кабель:
b) наружный кабель, ведущая фаза:
c) наружный кабель, отстающая фаза:
2.3.6.2 Потери, обусловленные циркулирующими токами
Потери, обусловленные циркулирующими токами, равны нулю для линий с соединением оболочек кабелей в одной точке и линий с перекрестным соединением оболочек и разделением каждой основной секции на три электрически идентичных малых секции.
Если линия с перекрестным соединением оболочек содержит секции со значительным дисбалансом, возникает разность напряжения, вызывающая потери вследствие циркулирующих токов в этой секции, которые необходимо учесть.
Это выражение показывает только разницу между длинами малых секций.
Необходимо также учитывать любые отклонения в расстоянии между кабелями.
2.3.7 Двухжильные небронированные кабели в общей оболочке
- при круглых или овальных жилах
- при секторных жилах
2.3.8 Трехжильные небронированные кабели в общей оболочке
2.3.9 Двухжильные и трехжильные кабели со стальной ленточной броней
Эта поправка относится только к лентам толщиной 0,3-1,0 мм.
2.3.10 Кабели с отдельно освинцованными жилами (типа SL), бронированные
Коэффициент потерь для небронированных кабелей, каждая изолированная жила которых имеет отдельную свинцовую оболочку, получают по 2.3.1.
2.3.11 Потери в экранах и оболочках кабелей, проложенных в трубопроводах
Если каждая жила кабеля в стальном трубопроводе имеет экран только по изоляции, например, свинцовую оболочку или медную ленту, отношение потерь в экране к потерям в жиле может быть определено по формуле, приведенной в 2.3.1 для оболочки одножильного кабеля, при условии, что в эту формулу будет внесена поправка на дополнительные потери, вызываемые наличием стальной трубы.
В результате этой поправки формула приобретает следующий вид:
Примечание - См. также 2.4.2.
2.4 Коэффициент потерь для брони, усиливающего покрытия и стальных труб (только для кабелей на переменное напряжение промышленной частоты)
Соответствующие значения удельного электрического сопротивления и температурных коэффициентов материалов, используемых для брони и усиливающего покрытия, приведены в таблице 1.
Если используется параллельно эквивалентное сопротивление оболочки и брони, можно допустить, что оба элемента имеют рабочую температуру брони, и использовать усредненное значение для температурного коэффициента этих материалов.
2.4.1 Немагнитные броня или усиливающее покрытие
Значение сопротивления усиливающего покрытия зависит от шага наложения лент следующим образом:
a) если ленты наложены с очень большим шагом (продольное наложение лент), в расчет принимается сопротивление цилиндра, имеющего ту же массу материала на единицу длины кабеля и тот же внутренний диаметр, что и наложенные ленты;
b) если ленты наложены приблизительно под углом 54° к оси кабеля, сопротивление в два раза выше значения, определенного в соответствии с перечислением а);
c) если ленты наложены с очень малым шагом (поперечно наложенные ленты), сопротивление можно считать бесконечным, т.е. потери могут не учитываться;
d) если ленты наложены в два или более слоя с очень малым шагом и ленты примыкают друг к другу, сопротивление в два раза выше значения, определенного в соответствии с перечислением а).
Эти положения относятся также к изолированным жилам кабелей в трубопроводах, которые рассматриваются в 2.3.11.
2.4.2 Стальная броня или усиливающее покрытие
2.4.2.1 Одножильные кабели со свинцовой оболочкой и стальной проволочной броней, соединенной с оболочкой на обоих концах
Приведенный метод не учитывает возможное влияние окружающей среды, которое может быть достаточно существенным, в частности, для кабелей, проложенных под водой. Этот метод следует применять для линий с большим расстоянием между кабелями (т.е. 10 м или более). Он позволяет определить значения общих потерь в оболочке и броне, которые обычно выше фактических для того, чтобы номинальные токовые нагрузки были рассчитаны с запасом. Следует отметить, что наиболее нагретый отрезок кабельной трассы может находиться на берегу, где как потери, так и взаимный нагрев могут быть высоки.
Если влиянием окружающей среды можно пренебречь, например, при прокладке кабелей на воздухе, этот метод можно использовать для любого расстояния между кабелями.
Расчет потерь мощности в свинцовой оболочке и стальной проволочной броне одножильных кабелей при соединении оболочки и брони на обоих концах проводится следующим образом:
Сопротивление проволочной брони переменному току изменяется приблизительно от увеличенного в 1,2 раза сопротивления постоянному току для проволок диаметром 2 мм до увеличенного в 1,4 раза сопротивления постоянному току для проволок диаметром 5 мм. Сопротивление не оказывает определяющего влияния на конечный результат.
b) Индуктивность элементов цепи на фазу определяют по формулам:
Можно предположить, что потери в оболочке и броне приблизительно равны, в этом случае
Эти величины зависят от конкретного образца стали и, если нельзя сослаться на измерения, выполненные на используемой стальной проволоке, следует принять некоторые средние значения.
2.4.2.2 Двухжильные кабели со стальной проволочной броней
2.4.2.3 Трехжильные кабели со стальной проволочной броней
2.4.2.3.1 Кабель с жилами круглого сечения
2.4.2.3.2 Кабели с секторными жилами
2.4.2.4 Трехжильные кабели со стальной ленточной броней или усиливающим покрытием
Приведенные ниже формулы применяются при толщине лент 0,3-1,0 мм.
Потери, обусловленные вихревыми токами, определяют при частоте 50 Гц по следующей формуле:
Общий коэффициент потерь в броне выражается суммой гистерезисных потерь и потерь от вихревых токов:
Примечание - Стальная броня или усиливающее покрытие, если они имеются, увеличивают потери в оболочках, обусловленные вихревыми токами (см. 2.3.9).
2.4.2.5 Кабели типа SL (с отдельно освинцованными жилами)
2.4.3 Потери в стальных трубах
Потери в стальных трубах определяются по двум эмпирическим формулам. Одна из них дает потери для кабелей, у которых жилы расположены треугольником, вплотную друг к другу, а другая - для кабелей, у которых жилы расположены в виде более открытой конфигурации (в лотках) на дне трубы. На практике для изолированных жил кабелей используется конфигурация, представляющая собой нечто среднее между этими двумя способами расположения. Следует определить потери для каждой конфигурации и взять среднее значение.
Примечание - Эти формулы были получены эмпирическим путем в США и в настоящее время применяются только для размеров стальных труб и типов стали, используемых в этой стране.
Для способа расположения треугольником вплотную друг к другу используют следующую формулу:
Для способа открытой конфигурации используют следующую формулу:
Приведенные формулы справедливы при частоте 60 Гц. Для частоты 50 Гц полученные значения следует умножить на 0,76.
Для кабелей в трубах, имеющих броню из плоских проволок на всех трех изолированных жилах, потери не зависят от наличия трубы. Потери в броне таких кабелей следует рассчитывать, как для кабелей с отдельно освинцованными жилами (см. 2.4.2.3.2), а потери в трубах в этом случае не учитываются.
Таблица 4 - Коэффициент поглощения солнечного излучения поверхностью кабеля
|
|
Материал | |
Битумно-джутовое покрытие | 0,8 |
Полихлоропрен | 0,8 |
Поливинилхлоридный пластикат (PVC) | 0,6 |
Полиэтилен (РЕ) | 0,4 |
Свинец | 0,6 |
Приложение А
(справочное)
Сведения о соответствии национальных стандартов Российской Федерации ссылочным международным стандартам
Таблица А.1
|
|
Обозначение ссылочного международного стандарта | Обозначение и наименование соответствующего национального стандарта |
МЭК 60028:1925 | * |
МЭК 60141 (все части) | * |
МЭК 60228 | ГОСТ 22483-77 Жилы токопроводящие медные и алюминиевые для кабелей, проводов и шнуров. Основные параметры. Технические требования |
МЭК 60287-2-1:1994 | ГОСТ Р МЭК 60287-2-1-2009 Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 2-1. Тепловое сопротивление. Расчет теплового сопротивления |
МЭК 60502-1 | * |
МЭК 60502-2 | * |
МЭК 60889 | * |
* Соответствующий национальный стандарт отсутствует. До его утверждения рекомендуется использовать перевод на русский язык данного международного стандарта. Перевод данного международного стандарта находится в ОАО "ВНИИКП". | |
Библиография
|
|
|
[1] | МЭК 60287-3-1:1995 | Электрические кабели. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 3-1. Разделы, касающиеся условий эксплуатации. Стандартные условия эксплуатации и выбор типа кабеля |
| (IEC 60287-3-1:1995) | (Electric cables - Calculation of the current rating - Part 3-1: Sections on operating conditions - Reference operating conditions and selection of cable type) |
[2] | "Current ratings of cables buried in partially dried-out soil, Part 1", Electra N 104, стр.11, январь 1966 | |