Розвязання задач створення системи оперативного контролю параметрів ізоляції кабеля (стр. 3 из 5)
де а, r –– відповідно відстань між центрами жил та радіус еквівалентної круглої жили;
Q(x) –– функція для врахування впливу скін-ефекту на електричні параметри кабеля, яка дорівнює 0,997.
Гн/м3.3 Робоча ємність
Робоча ємність трьохфазного кабеля може бути орієнтовно знайдена, як ємність фази трьохфазної лінії з урахуванням землі при довільному розташуванні проводів.
Робоча ємність фази трьохфазної лінії визначається за формулою:
, (3.12)де S, D –– середньо геометричні значення відстаней від центру проводу до заземленої поверхні та до дзеркального зображення сусіднього проводу.
Робоча ємність становить:
Ф/м3.4 Втрати енергії в кабелі
В процесі експлуатації тепло виділяється практично в усіх елементах кабелю: в жилі, в екранах, в оболонках (індукційні втрати) та інші. Залежно від конструкції кабеля деякими з них можна знехтувати. Наприклад, втрати в металевій оболонці, яка охоплює всі три фази (кабель трьохфазного струму), знаходяться в дуже слабкому електромагнітному полі, тому що сума струмів в трьохфазній системі в будь-який момент дорівнює нулю. Діелектричні втрати за традиційних кабельних ізоляційних матеріалів міжнародні стандарти рекомендують враховувати тільки від 110 кВ.
Основними втратами є джоулеві втрати у жилах:
, (3.19)де I –– допустимий струм, який дорівнює 297,4 А (формула 4.12.1);
Rж –– електричний опір жили змінному струмові при 70 °С, який дорівнює 0,185 · 10-3 Ом/м
Вт/м4 ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК КАБЕЛЯ МАРКИ СБлШнгд 3´120–10
4.1 У стаціонарному режимі
Рисунок 4.1 –– Схема моделі теплового потоку у кабелі СБ 3´120–10: Θж, Θоб, Θпов, Θос – відповідно температури ізотерм жили, оболонки, поверхні кабеля, оточуючого середовища
Рисунок 4.2 –– Схема заміщення теплових опорів і потоків тепла: Θж, Θоб, Θос – відповідно температури жили, оболонки, оточуючого середовища; Pж, Pоб – потужність теплового потоку жили та оболонки кабеля; Sіз, Sзп, Sос – теплові опори відповідно ізоляції, захисних покровів та оточуючого середовища;
 |
Для запису рівняння теплового балансу кабеля СБлШнгд 3´120–10 скористаємося схемою заміщення, зображеною на рисунку 4.2:
, (4.1)де Θж, Θос – відповідно температури жили та оточуючого середовища;
Sзп, Sос , Sіз– теплові опори відповідно захисних покровів, оточуючого середовища і ізоляції.
Rж = 93,06 · 10-6 – опір жили при температурі Θж , Ом/м.
Тоді допустимий струм навантаження:
, (4.2)Тепловий опір ізоляції розраховуємо за формулою:
, (4.3)де Sізmin –– мінімальний тепловий опір ізоляції;
Sізmax –– максимальний тепловий опір ізоляції,
, (4.4)де σіз=7 – питомий тепловий опір ізоляції,
;dж =27,61 – діаметр жили, мм;
dіз – діаметр по ізоляції, мм:
(4.5)де Δпе=0,12 – товщина екрану, мм;
Δф = 2,75 – товщина фазної ізоляції, мм;
Δп = 1,25 – товщина поясної ізоляції, мм;
Тепловий опір ізоляції дорівнює:
dіз = 27,61+ 2 · 2,75 + 2 · 1,25 + 2 · 0,12 = 35,85 мм
Sізmax розраховують за формулою:
, (4.6)де R –– радіус жили, який дорівнює 13,805 мм
Тому тепловий опір ізоляції дорівнює:
Тепловий опір оточуючого середовища за умови прокладання кабеля в ґрунті розраховуємо за формулою:
, (4.7)де σос=1,2 – питомий тепловий опір оточуючого середовища,
;L =800 – глибина прокладання кабеля у ґрунті, мм;
D =49,71– діаметр готового кабеля, мм.
Тепловий опір оточуючого середовища дорівнює:
Тепловий опір захисних покровів визначають за формулою:
, (4.8)де σзп – питомий тепловий опір захисних покривів, який дорівнює 3
;Δз – товщина захисних покривів, яка складається з товщини подушки під броню Δпб = 1,9 мм, товщини броні Δб = 1 мм та товщини зовнішнього захисного покрова Δзп = 2,4 мм;
rоб –радіус по оболонці, який дорівнює
rоб = R + Δф + Δп + Δе + Δоб (4.9)
rоб = 13,805 + 2,75 + 1,25 + 0,12 + 1,61 = 19,535 мм
Тому тепловий опір захисних покровів дорівнює:
Тоді допустимий струм навантаження дорівнює:
А (4.10)За даними [2] допустимий струм не повинен перевищувати 460 А. Розрахований струм задовольняє такій потребі.
Температуру поверхні кабеля розраховують за формулою:
(4.11) 
°СДосить висока температура поверхні кабеля свідчить про те, що в режимі роботи, близького до номінального навколишній грунт поступово підсихатиме. За цим зростатиме його тепловий опір, що може призвести до перегрівання ізоляції.
Сучасні міжнародні стандарти [1] рекомендують враховувати підсихання грунту при визначенні гранично допустимого струму:
,де ν –– відношення теплових опорів сухої та вологої зон грунту (ν = σс/σω);
Rж –– опір жили змінному струмові при максимальній робочій температурі (Ом/м);
Θx –– гранична температура грунту та температура границі між сухою та вологою зонами (°С);
ΔΘx –– гранична різниця температур землі. Це різниця температур границі між вологою та сухою зонами і вказаною температурою оточуючого грунту, (К);
Розрахунки за наведеним співвідношенням можуть бути виконані, якщо є відомості про σста σω і про ширину dz cухої зони довкола кабеля, причому, по-перше, σс, σω, dz, І, Θx, є взаємопов’язанами величинами, по-друге доступними є лише відомості про σста σω, а значить в задачі про розрахунок допустимого струму в умовах висихання грунту при невідомих, для визначення яких можна скласти лише два рівняння, –– на основі вищевказаного співвідношення та для різниці температур між сухою зоною та оточуючим середовищем за загальною формулою для теплового опору грунту.
, (4.12) 
, (4.13)де
Θ1, Θ2, Θх –– температури жили, грунту, умовної ізотерми між сухою та вологою зонами;
L, rk, dz –– глибина прокладання, радіус кабеля, ширина cухої зони довкола кабеля;
ν –– відношення теплових опорів сухої та вологої зон грунту (ν = σс/σω), обране незалежною змінною;
Θх, І –– змінні, що визначаються рішенням системи.
Розрахунки за (4.13)-(4.15) свiдчать, що при пiдсиханнi грунту i вiдповiдному збiльшеннi питомого теплового опору з 0,8ºС٠м/Вт до 3,2 ºС٠м/Вт гранично допустимий струм зменшуеться на 3-4%, тобто становить не менше 300А.