Выбор сечения проводников по нагреву

Электрический ток, проходя по проводнику, нагревает его. При этом в проводнике согласно Джоуля-Ленца выделяется тепловая энергия Q, пропорциональная квадрату тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока:

.

В установившемся режиме проводник нагревается до определенной температуры, пределы которой строго нормируются ПУЭ для различных конструкций проводов и кабелей. Установившаяся температура жил провода или кабеля зависит не только от величины проходящего тока, материала проводов, характеристики изоляции, но в значительной степени определяется способами прокладки сети и температурой окружающей среды.

В практических расчетах часто пользуются готовыми таблицами длительно допускаемых нагрузок, регламентированных ПУЭ.

Температура воздуха при определении допустимой токовой нагрузки I_н принимается равной +25⁰ С. Для кабелей, прокладываемых в земле или воде, средняя окружающая температура принимается равной +15⁰С [ПУЭ].

При расчете должны быть проверены по допустимому нагреву током нагрузки все проводки электрической сети. Для этого должно быть выдержано соотношение:

где I_p – рабочий ток в линии, определяемый расчетной нагрузкой, А;

К_п – поправочный коэффициент на фактические условия прокладки проводов и кабелей.

Если условия прокладки проводов и кабелей не отличаются от принятых в ПУЭ, то К_п =1.

Для осветительных сетей до 1 кВ, как правило, поправочный коэффициент

К_п = К₁∙К₂,

где К₁ и К₂ – коэффициенты, учитывающие фактическую температуру окружающей среды и количество совместно прокладываемых проводников.

Рабочие токи для каждого участка сети при равномерной загрузке фаз определяются по формулам:

для трехфазной сети (четырех- и пятипроводной):

;

для двухфазной сети с рабочим и защитным нулевым проводами (трех- и четырехпроводной):

;

для однофазной (двух- и трехпроводной сети):

.

Р – активная мощность нагрузки, включая потери мощности в ПРА;

cos φ – коэффициент мощности нагрузки.

В случае неравномерной нагрузки фаз расчетная активная нагрузка принимается равной утроенному значению нагрузки наиболее загруженной фазы.

Светильники на две и более ЛЛ комплектуются ПРА, обеспечивающими cosφ не менее 0,92, а на одну – не менее – 0,9 (ПУЭ). Большинство светильников с РЛ ВД при напряжении 230 В имеют некомпенсированные ПРА со средним значением cosφ=0,5. Для светильников с тепловыми ИС cosφ=1. Соответствующие коэффициенты мощности будут иметь нагрузки осветительных линий.

Для участка сети, питающего групповые линии с разными величинами cosφ, определяется средневзвешенное значение коэффициента мощности по выражению:

,

где cosφ_i – коэффициент мощности нагрузки i-й линии;

P_pi – расчетная мощность осветительной нагрузки i-й линии;

n – количетво групповых линий.

При значительной мощности СП с некомпенсированными ПРА может применяться групповая компенсация реактивной мощности, целесообразность которой должна быть технико-экономически оправдана.

При равномерной загрузке фаз ток в нулевом проводе трехфазных сетей, питающих ЛН, равен нулю, а ток сетей, питающих разрядные ламп, может достигать фазного тока.

В двухфазных трехпроводных сетях при равномерной нагрузке фаз ток в нулевом проводе равен фазному току при питании ЛН и может быть больше фазного тока при питании разрядных ламп.

При определении числа жил кабелей и проводов, прокладываемых в одной трубе, принимается в расчет нулевой рабочий проводник трехфазной линии, если по нему протекает ток, значение которого сопоставимо с током фазных проводников (например, при питании по линии РЛ с некомпенсированным ПРА ток в нулевом проводнике может превышать токи в фазных проводниках).

Допустимые токовые нагрузки проводников, способы прокладки которых отличаются от указанных в справочных таблицах, принимаются согласно ПУЭ:

- для торосовых проводов – как для кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией;

- для проводов, проложенных в пластмассовых трубах или электротехнических плинтусах – как для проводов в стальных трубах с понижением допустимых нагрузок на 10-15%;

- для проводов, проложенных в каналах строительных конструкций, а также замоноличенных проводов – как для проводов в трубах;

- для пятипроводных линий, проложенных в трубах или каналах строительных конструкций, питающих СП с ЛН (или силовые электроприемники) - как для трех одножильных проводов, прокладываемых в одной трубе, а для таких же линий, питающих РЛ – как для четырех одножильных проводов, прокладываемых в одной трубе;

- для пятижильных кабелей, питающих ЛН – как для трехжильных кабелей, а при питании РЛ – как для четырехжильных кабелей;

- для проводов, проложенных в коробах, а также в лотках пучками – как для проводов, проложенных в трубах;

- для кабелей, проложенных в коробах или лотках, как для кабелей, проложенных в воздухе;

- для проводов, проложенных в лотках в один ряд – как для открыто проложенных проводов;

- при количестве одновременно нагруженных проводов более трех, проложенных в трубах, коробах, а также в лотках пучками – как для проводов, проложенных открыто с введением снижающих коэффициентов:

0,68 – для 5 и 6;

0,63 – для 7 -9;

0,6 – для 10-12.

Сечение нулевых рабочих проводников трехфазных питающих и групповых линий с ЛЛ, лампами типов ДРЛ, ДРИ, ДРИЗ, ДНаТ при одновременном отключении всех фазных проводников должно выбираться:

- для участков сети, по которым протекает ток от ламп с компенсированными ПРА, - равным фазному независимо от сечения;

- для участков сети, по которым протекает ток от ламп с некомпенсированными ПРА, - равным фазному при сечении фазных проводников менее или равном 16 мм² для медных и 25 мм² для алюминиевых проводов и не менее 50% сечения фазных проводников при больших сечениях, но не менее 16 мм² для медных и 25 мм² для алюминиевых проводов.

При защите трехфазных осветительных питающих и групповых линий однополюсными автоматами при любых ИС сечение нулевых рабочих проводников следует принимать равным сечению фазных проводников.

В жилых зданиях сечения медных проводников должны соответствовать расчетным значениям, но быть не менее указанных в таблице.

Таблица 1.

Наименование линии	Sнаим., мм2
Групповые линии	1,5
Линии от этажных до квартирных щитков	2,5
Линии распределительной сети (стояки) для питания квартир	4,0