Пример выбора сечения кабеля на напряжение 10 кВ

Требуется выбрать сечение кабеля на напряжение 10 кВ для питания трансформаторной подстанции 2ТП-3 мощностью 2х1000 кВА для питания склада слябов на металлургическом комбинате в г. Выкса Нижегородская область. Схема электроснабжения представлена на рис.1. Длина кабельной линии от ячейки №12 составляет 800 м и от ячейки №24 составляет 650 м. Кабели будут, прокладываться в земле в трубах.

Таблица расчета электрических нагрузок по 2ТП-3

Наименование присоединения	Нагрузка			Коэффициент мощности cos φ
	Активная, кВт	Реактивная, квар	Полная, кВА
2ТП-3 (2х1000 кВА)	955	590	1123	0,85

Трехфазный ток КЗ в максимальном режиме на шинах РУ-10 кВ составляет 8,8 кА. Время действия защиты с учетом полного отключения выключателя равно 0,345 сек. Подключение кабельной линии к РУ осуществляется через вакуумный выключатель типа VD4 (фирмы Siemens).

Рис.1 –Схема электроснабжения 10 кВ

Расчет

Сечение кабельной линии на напряжение 6(10) кВ выбирают по нагреву расчетным током, проверяют по термической стойкости к токам КЗ, потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах.

Выбираем кабель марки ААБлУ-10кВ, 10 кВ, трехжильный.

1. Определяем расчетный ток в нормальном режиме (оба трансформатора включены).

где:
n – количество кабелей к присоединению;

2. Определяем расчетный ток в послеаварийном режиме, с учетом, что один трансформатор отключен:

3. Определяем экономическое сечение, согласно ПУЭ раздел 1.3.25. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается:

Jэк =1,2 – нормированное значение экономической плотности тока (А/мм2) выбираем по ПУЭ таблица 1.3.36, с учетом что время использования максимальной нагрузки Тmax=6000 ч.

Сечение округляем до ближайшего стандартного 35 мм2.

Длительно допустимый ток для кабеля сечением 3х35мм2 по ПУЭ,7 изд. таблица 1.3.16 составляет Iд.т=115А > Iрасч.ав=64,9 А.

4. Определяем фактически допустимый ток, при этом должно выполняться условие Iф>Iрасч.ав.:

Коэффициент k1, учитывающий температуру среды отличающуюся от расчетной, выбираем по таблице 2.9 [Л1. с 55] и таблице 1.3.3 ПУЭ. Учитывая, что кабель будет прокладываться в трубах в земле. По таблице 2-9 температура среды по нормам составляет +25 °С. Температура жил кабеля составляет +65°С, в соответствии с ПУЭ, изд.7 пункт 1.3.12.

Принимаем по таблице 4.13 [Л5, с.86] среднемесячную температуру грунта для наиболее жаркого месяца (наиболее тяжелый температурный режим работы) равного +17,6 °С (г. Москва). Температуру грунта для г. Москвы, я принимаю в связи с отсутствием данных по г. Выкса, а так как данные города находятся в одном климатическом поясе — II, то погрешность в разности температур будет в допустимых пределах. Округляем выбранное значение температуры грунта до расчетной равной +20°С.

Для определения средней максимальной температуры воздуха наиболее жаркого месяца, можно воспользоваться СП 131.13330.2018 таблица 4.1.

По ПУЭ таблица 1.3.3 выбираем коэффициент k1 = 1,06.

Коэффициент k2 – учитывающий удельное сопротивление почвы (с учетом геологических изысканий), выбирается по ПУЭ 7 изд. таблица 1.3.23. В моем случае поправочный коэффициент для нормальной почвы с удельным сопротивлением 120 К/Вт составит k2=1.

Определяем коэффициент k3 по ПУЭ таблица 1.3.26 учитывающий снижение токовой нагрузки при числе работающих кабелей в одной траншее (в трубах или без труб), с учетом, что в одной траншее прокладывается один кабель. Принимаем k3 = 1.

Определив все коэффициенты, определяем фактически допустимый ток:

5. Проверяем кабель ААБлУ-10кВ сечением 3х35мм2 по термической устойчивости согласно ПУЭ пункт 1.4.17.

где:

• Iк.з. = 8800 А — трехфазный ток КЗ в максимальном режиме на шинах РУ-10 кВ;
• tл = tз + tо.в =0,3 + 0,045 с = 0,345 с — время действия защиты с учетом полного отключения выключателя;
• tз = 0,3 с – наибольшее время действия защиты, в данном примере наибольшее время срабатывания защиты это в максимально-токовой защиты;
• tо.в = 45мс или 0,045 с — полное время отключения вакуумного выключателя типа VD4;
• С = 95 — термический коэффициент при номинальных условиях, определяемый по табл. 2-8, для кабелей с алюминиевыми жилами.

Сечение округляем до ближайшего стандартного 70 мм2.

6. Проверяем кабель на потери напряжения:

6.1 В нормальном режиме:

где:
r и x — значения активных и реактивных сопротивлений определяем по таблице 2-5 [Л1.с 48].

Для кабеля с алюминиевыми жилами сечением 3х70мм2 активное сопротивление r = 0,447 Ом/км, реактивное сопротивление х = 0,086 Ом/км.

Определяем sinφ, зная cosφ. Вспоминаем школьный курс геометрии.

Если Вам не известен cosφ, можно определить для различных электроприемников по справочным материалам табл. 1.6-1.8 [Л3, с 13-20].

6.2 В послеаварийном режиме:

Из расчетов видно, что потери напряжения в линии незначительные, следовательно, напряжение у потребителей практически не будет отличаться от номинального.

Таким образом, при указанных исходных данных выбран кабель ААБлУ-10 3х70.

Для удобства выполнения выбора кабеля всю литературу, которую я использовал в данном примере, Вы сможете скачать в архиве.

Читать еще: Пример выбора кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Литература:

1. Проектирование кабельных сетей и проводок. Хромченко Г.Е. 1980 г.
2. СНиП 23-01-99 Строительная климатология. 2003 г.
3. Расчет и проектирование систем электроснабжения объектов и установок. Кабышев А.В, Обухов С.Г. 2006 г.
4. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.
5. Справочник работника газовой промышленности. Волков М.М. 1989 г.