Электрические провода, кабели и их выбор по допустимому нагреву
Провода и кабели, являясь элементами системы электроснабжения, связывают источники питания с электроприемниками (электродвигателями, осветительными и бытовыми приборами, электронагревательными установками и др.). Электроприемники включают в сеть через защитные аппараты (предохранители, автоматические выключатели, тепловые реле). Таким образом создается последовательная цепь: проводник, аппарат защиты, электроприемник. Если электрический ток, проходя по этой цепи, вызывает недопустимый нагрев проводника, то возможно авария. Поэтому проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин и т.п. При проверке на нагрев принимается получасовой максимум тока, наибольший из средних получасовых токов данного элемента сети. Площадь сечения проводников, выбранную по допустимому току проверяют по времятоковой характеристике защитного аппарата. В свою очередь аппарат защиты должен соответствовать данному электроприемнику и проводу линии.
Если линии защищены плавкими предохранителями, то расчет начинают с выбора плавких вставок, учитывая следующие условия. В сетях где нет пусковых токов, номинальный ток плавкой вставки
где Ip – максимальный рабочий ток потребителя, А.
Если питание подают через предохранитель и нескольким потребителям, то
где Ко – коэффициент одновременности работы потребителей;
Ipi – рабочий ток i-го потребителя, А.
где Кз – коэффициент загрузки электроприемника, таблица 2.3. Для осветительных и электронагревательных установок Кз=1.
В сетях, где есть пусковые токи
где Iнаиб.пуск – максимальный пусковой ток одного из электроприемников (потребителей), А;
α – коэффициент, учитывающий условия пуска (при легком пуске α =2,5, при тяжелом α =1,6-2,0).
Согласно РУМ-11, 1981г. коэффициент одновременности принять: Ко = 1; 0,9; 0,85; 0,825; 0,8; 0,79; 0,75 при одном, двух, трех, четырех, пяти, шести, и десяти слагаемых. Если слагаемые отличаются одно от другого более чем в четыре раза, их суммируем по формуле (3.3), пользуясь таблицей (3.2):
где Рнаиб – наибольшая из слагаемых нагрузок, кВт;
– добавка к наибольшей из слагаемых нагрузок, кВт; таблица (3.2)
При этом следует учесть, что
где 
– номинальное напряжение электросети, В;
– коэффициент мощности электроприемника (потребителя), табли- ца 2.1, 2.7.
Очевидно, что для данного потребителя (электродвигателя)
где Iпуск – пусковой ток электродвигателя, А.
Кi – кратность пускового тока электродвигателя
В общем случае, при смешанной нагрузке, учитывают зависимости (4.1) и (4.7) или (4.2) и (4.4), а плавкую вставку выбирают по большему значению тока IНВ. см. таблицу 4.1
Выбранная плавкая вставка с номинальным током IНВ1 должна работать селективно с последующей вставкой с номинальным током IНВ2 расположенной по направлению к источнику питания, согласно шкалы селективности для смежных последовательно включенных однотипных предохранителей, см. таблицу 4.2.
Выбрав стандартные плавкие вставки, определяют площади сечения проводов или кабелей. На ответвлениях к электродвигателям с короткозамкнутым ротором в невзрывоопасных зонах допустимый ток проводника рассчитывают по условию
где 
– номинальный ток электродвигателя, А.
Во взрывоопасных помещениях по условию
На ответвлениях к электродвигателям с короткозамкнутым ротором и для кабелей, прокладываемых в земле, ток проводника проверяется так же по условию защиты от короткого замыкания
где 
– номинальный ток стандартной плавкой вставки, А; таблица 4.1
На ответвлениях к осветительным и электронагревательным установкам проводник выбирается по условию защиты от перегрузки
Во всех случаях выбранный проводник проверяется по условию длительного рабочего тока
По большему значению тока из условий (4.8) - (4.12) выбирается площадь сечения проводника, см. таблицу 4.4-4.6.
Если линии защищаются автоматическими выключателями, то расчет начинают с выбора теплового расцепителя
где Кн – коэффициент надежности, учитывающий разброс токовых характеристик теплового расцепителя. Кн=1,1 – 1,3.
Ток срабатывания электромагнитного расцепителя выключателя
где Кзап – коэффициент запаса, Кзап = 1,25;
Iмакс – максимальный ток с учетом пуска электродвигателей, А.
Максимальный ток одного электродвигателя – это его пусковой ток, а группы двигателей с другими электроприемниками
где 
– сумма рабочих токов электроприемников без одного, с наибольшим пусковым током, А.
Далее следует выбрать уставку электромагнитного расцепителя выключателя из каталога, проверив ее на ложность срабатывания при пуске электродвигателя, по условию
где 
– ток уставки электромагнитного расцепителя выключателя, А.
Токи уставок теплового и электромагнитного расцепителя, марки выключателей (см. таблицу 4.3).
При выборе площадей сечения проводов и кабелей, защищенных выключателями, необходимо соблюдать следующие условия. Допустимый ток для проводников на ответвлениях к электродвигателям с короткозамкнутым ротором в невзрывоопасньгх зонах
а во взрывоопасных
Для всех проводников, ведущих к электроприемникам, необходимо также соблюдать условия для выключателей, имеющих только отсечку
для выключателей с нерегулируемой, обратно зависящей от тока характеристикой, с отсечкой или без нее
для выключателей с регулируемой, обратно зависящей от тока характеристикой, с отсечкой
Проверив на длительный рабочий ток по условию (4.12), по ближайшему большему значению тока из таблицы 4.4-4.6 выбирается стандартное сечение проводника.
Примечание: если температура окружающей среды отличается от t = 250C. то при выборе сечения проводника следует учитывать поправочный температурный коэффициент kt, см. таблицу 4.7. при прокладке кабеля под землей также следует учитывать влажность грунта (k1) и количество проложенных кабелей в одной траншее (k2). Тогда
Если полученное значение допустимого тока 
ниже рассчитанного, согласно условиям (4.11), (4.12). (4.19). (4.20), (4.21),(4.22), то следует увеличить сечение проводника и вновь проверить по этим же условиям, если больше то следует или уменьшить, или оставить то же сечение, опять же при соблюдении условий (4.11), (4.12), (4.19). (4.20), (4.21), (4.22). Коэффициенты k1 и k2 следует взять из таблиц 4.8 и 4.9.
Таблица 4.1 – Технические данные низковольтных предохранителей
| Тип предохранителя | Номинальный ток патрона, А | Номинальный ток плавкой вставки,  , А |
| ПН2-100 | 30, 40, 50, 60, 80, 100 | |
| ПН2-250 | 100, 120, 150, 200, 225, 250 | |
| ПН2-400 | 200, 250, 300, 350, 400 | |
| ПН2-600 | 300, 400, 500, 600 | |
| ПР2-15 | 6, 10, 15 | |
| ПР2-60 | 15, 20, 25, 35, 45,60 | |
| ПР2-100 | 60, 80, 100 | |
| ПР2-200 | 100, 125,160, 200 | |
| ПР2-350 | 200, 225, 300, 350 | |
| ПР2-600 | 350, 430, 500, 600 | |
| ПР2-1000 | 600, 700, 850, 1000 | |
| НПН2-15 | 6, 10, 15 | |
| НПН2-60 | 15, 20, 25, 35, 45, 60 | |
| ПРС-6 | 2, 4, 6 | |
| ПРС-20 | 10, 16,20 | |
| ПРС-63 | 25, 40, 63 |
Таблица 4.2 – Шкала селективности, для смежных однотипных предохранителей
| Iнв1, А | |||||||||||||||||
| Iнв2, А |
Таблица 4.3 – Технические данные автоматических выключателей серии ВА и АЕ 2000
| Тип | Номинальный ток, А | Номинальный ток теплового распределителя Iнт, А | Кратность Iэр/ 1нт |
| BA51-25 | 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25 | 7; 10 | |
| ВА51Г-25 | 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25 |
Продолжение таблицы 4.3
| BA51-29 | 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100 | 7; 10 | |
| BA51-31 | 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100 | 3; 7; 10 | |
| ВА51Г-31 | 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100 | ||
| ВА52Г-31 | 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100 | ||
| BA51-33 | 80; 100; 125; 160 | ||
| ВА51Г-33 | 80; 100; 125; 160 | ||
| ВА52Г-33 | 80; 100; 125; 160 | ||
| BA51-35 | 160; 200; 250 | ||
| BA51-35 | 160; 200; 250 | ||
| AE2010 | 0,32; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2.5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0 | 3; 12 | |
| AE 2030 | 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2.5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,5; 16; 20; 25 | 3; 12 | |
| AE 2040 | 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63 | 3; 12 | |
| AE 2050 | 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100 | 3; 12 |
Таблица 4.4 – Допустимый длительный ток, А, для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами
| Сечение жилы, мм | Способ прокладки и количество | |||||
| открыто | в одной трубе | |||||
| 2-х одно-жильных | 3-х одно-жильных | 4-х одно-жильных | 1-го двух-жильного | 1-го трех-жильного | ||
| 2,5 | ||||||
| - | - | - | ||||
| - | - | - | - | - | ||
| - | - | - | - | - | ||
| - | - | - | - | |||
| - | - | - | - | - |
Таблица 4.5 – Допустимый длительный ток, А, для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой и пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных
| Сечение силы, мм2 | При прокладке | |||||
| в воздухе одножильных | в воздухе | в земле | в воздухе | в земле | ||
| двухжильных | трехжильных | |||||
| 2,5 | ||||||
| - | - | - | - | |||
Таблица 4.6 – Допустимый длительный ток, А, для кабелей с алюминиевыми жилами и бумажной изоляций при прокладке в земле
| Площадь сечения жилы, мм2 | Четырехжильные при напряжении до 1000 В | Трехжильные при напряжении, кВ | ||
Таблица 4.7 – Поправочные коэффициенты на токи для кабелей, неизоли-рованных и изолированных проводов и шин в зависимости от температуры земли и воздуха
| Расчетная температура среды t 0С | Нормируемая температура жилы t 0С | -5 и ни-же | +5 | +10 | +15 | +20 | +25 | +30 | +35 | +40 | +45 | +50 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| 1,14 | 1,11 | 1,08 | 1,04 | 1,00 | 0,96 | 0,92 | 0,88 | 0,83 | 0,78 | 0,73 | 0,68 | ||
| 1,24 | 1,20 | 1,17 | 1,13 | 1,09 | 1,04 | 1,00 | 0,95 | 0,90 | 0,85 | 0,80 | 0,74 | ||
| 1,29 | 1,24 | 1,20 | 1,15 | 1,11 | 1,05 | 1,00 | 0,94 | 0,88 | 0,81 | 0,74 | 0,67 | ||
| 1,18 | 1,14 | 1,10 | 1,05 | 1,00 | 0,95 | 0,89 | 0,84 | 0,77 | 0,71 | 0,63 | 0,55 | ||
| 1,32 | 1,27 | 1,22 | 1,17 | 1,12 | 1,06 | 1,00 | 0,94 | 0,87 | 0,79 | 0,71 | 0,61 |
Продолжение таблицы 4.7
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| 1,20 | 1,15 | 1,12 | 1,06 | 1,00 | 0,94 | 0,88 | 0,82 | 0,75 | 0,67 | 0,75 | 0,47 | ||
| 1,36 | 1,31 | 1,25 | 1,20 | 1,13 | 1,07 | 1,00 | 0,93 | 0,85 | 0,76 | 0,66 | 0,54 | ||
| 1,22 | 1,17 | 1,12 | 1,07 | 1,00 | 0,93 | 0,86 | 0,79 | 0,71 | 0,61 | 0,50 | 0,36 | ||
| 1,41 | 1,35 | 1,29 | 1,23 | 1,15 | 1,08 | 1,00 | 0,91 | 0,82 | 0,71 | 0,58 | 0,41 |
Таблица 4.8 – Поправочный коэффициент на допустимый длительный ток для кабелей, проложенных в земле, в зависимости от удельного сопротивления земли
| Характеристика земли | Удельное сопротивление земли, См · К/Вт | Поправочный коэффициент |
| Песок влажностью более 9 %, песчано-глинистая почва влажностью более 1 % | 1,05 | |
| Нормальная почва и песок влажностью 7 - 9 %, песчано- глинистая почва влажностью 12 - 14 % | 1,0 | |
| Песок влажностью более 4 и менее 7 %, песчано-глинистая почва влажностью 8 - 12 % | 0,87 | |
| Песок влажностью до 4 %, каменистая почва | 0,75 |
Таблица 4.9 – Поправочный коэффициент на количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле (в трубах или без труб)
| Расстояние между кабелями в свету, мм2 | ||||||
| 1,00 | 0,90 | 0,85 | 0,80 | 0,78 | 0,75 | |
| 1,00 | 0,92 | 0,87 | 0,84 | 0,82 | 0,81 | |
| 1,00 | 0,93 | 0,90 | 0,87 | 0,86 | 0,85 |
Пример 4.1.
От трансформаторной подстанции ТП до распределительного устройства РУ напряжением 0,38 кВ, укомплектованного предохранителями, проложен кабель с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами в земле с влажностью 7 – 9 %, где температура равна 15 0С. В помещении с температурой 20 0С от щита РУ к электродвигателю М проложен кабель с алюминиевыми жилами и пластмассовой изоляцией с поливинилхлоридной оболочкой в трубе, а к линии освещения Л - провода, с алюминиевыми жилами и поливинилхлоридной изоляцией - открыто. Защита отходящей от ТП кабельной линии осуществляется автоматическим выключателем.
Выбрать аппараты защиты, марки сечения проводов и кабелей по условию допустимого нагрева. Данные об электроприемниках взять из таблицы:
| Наименование электроприемника | Номинальная мощность Рн кВт | Коэффициент мощности cos ф | к.п.д. η | Кратность пускового тогка, Ki | Коэффициент загрузки, Кз, |
| 1. Электродвигатель М | 0,9 | 0,9 | 0,95 | ||
| 2.Линия освещения Л | - | - | - |
Решение
1. Номинальный ток электродвигателя
2. Рабочий ток электродвигателя
3. Пусковой ток электродвигателя
4. Ток плавкой вставки предохранителя FU1 по условиям (4.1) и (4.7)
Таблица 4.1.
5. Площадь поперечного сечения проводника выбирается по условиям (4.8), (4.10), (4.12)
По ближайшему большему значению из таблицы 4.5 выбирается проводник сечением 10 мм2 с 
Марка кабеля – АВВГ- 5 х 10.
Проверяем кабель по условию (4.22)
Условие соблюдается, кабель выбран верно.
6. Номинальный ток для линии освещения
7. Рабочий ток линии освещения
8. Ток плавкой вставки, с учетом того, что в линии освещения нет пусковых токов
Из таблицы 4.1 следует 
выбрать предохранитель FU2 типа ПН2-100 с 
9. Расчетное значение допустимого тока по условиям (4.11), (4.12)
По таблице 4.4, при условии открытой прокладки проводов, току 39 А соответсвует площадь сечения 6 мм2. Марка провода АПВ-6.
10. Номинальный ток на участке ТП-РУ
11. Рабочий ток на участке ТП-РУ по условию (4.2)
12. Максимальный ток на участке ТП-РУ по формуле (4.15)
13. Номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя QF
По таблице 4.3 следует выбрать выключатель ВА51-31 с 
.
14. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя выключателя QF
.
15. Уставка электромагнитного расцепителя автоматического выключателя ВА51-31 с проверкой на ложность срабатывания
,
.
Условие (4.16) выполнено, значит автоматический выключатель выбран верно.
16. Расчетное значение допустимо тока на участке ТП-РУ по условиям (4.17), (4.20), (4.12):
По таблице 4.6, при условии прокладки кабеля с бумажной изоляцией под землей, следует выбрать кабель с сечением жилы 10 мм2, 
Марка кабеля: ААШвУ-4х10.