Obliczanie strat i spadków napięcia oraz dobór przekroju przewodów i kabli

Stratą napięcia nazywamy geometryczną różnicę napięć na początku i na końcu omawianej gałęzi sieci.

 

Dla linii lub transformatora stratę napięcia wyznacza się ze wzoru:

ΔU=√3I·Z=√3(I_c – jI_b)·(R + jX) [V]

Gdzie

I_c, I_b – prąd czynny i bierny

R,X – rezystancja i reaktancja

Spadkiem napięcia nazywa się algebraiczną różnicę w początku i końcu zacisków lub linii. Przybliżone wartości spadku napięcia można dla elementu trójfazowego wyznaczyć z poniższego wzoru:

ΔU≈√3(I_cR – I_bX) [V] 

ΔU≈(PR – QX)/U_N

Przy doborze przekroju przewodów i kabli w sieciach elektroenergetycznych należy przede wszystkim kierować się kryteriami:

1. Obciążalnością prądową w warunkach nagrzewania prądem roboczym.

2. Wytrzymałością na nagrzewanie prądem zwarciowym.

3. Nieprzekraczalnością dopuszczalnego spadku napięcia.

4. Zapewnieniem wytrzymałości mechanicznej.

5. Zapewnieniem skuteczności ochrony przeciwporażeniowej.

6. Zapewnieniem selektywności zabezpieczeń przetężeniowych.

Najbardziej uniwersalne znaczenie ma kryterium obciążalności prądowej długotrwałej, które często decyduje o doborze przekroju przewodów linii napowietrzynych i kabli. Oprócz tego w sieciach SN o doborze przekroju w liniach kablowych może decydować wytrzymałość zwarciowa, a w linii napowietrznej dodatkowo wytrzymałość mechaniczna. Podane powyżej w punkcie 3. kryterium dopuszczalnego spadku napięcia odgrywa podstawowe znaczenie w instalacjach i sieciach na napięcie do 1 kV, natomiast kryteria 5 i 6 brane są pod uwagę przy doborze przekroju przewodów i kabli w instalacjach elektrycznych do 1 kV.

W liniach kablowych SN przekroje kabli dobiera się głównie w oparciu o kryterium 1 i 2 , natomiast przekroje przewodów przeznaczonych do pracy w liniach napowietrznych SN dobiera się na podstawie 1 i 3. Te kryteria mają również znaczenie przy doborze przekroju przewodów dla linii napowietrzynych WN.

Kryterium obciążalności prądowej to spełnienie poniższego warunku:

I_Z≥I_B

gdzie

I_Z – dopuszczalny prąd obciążenia długotrwałego

I_B – prąd roboczy linii

W tabelach podano obciążalności długotrwałe dla kabli SN napięć 6kV i 15kV ułożonych w ziemi i prowadzonych w powietrzu  żyłach aluminiowych i miedzianych.

 

Przekrój znamionowy mm2	Obciążalność prądowa dla kabli [A]
	ułożenie w ziemi o temperaturze obliczeniowej +20oC				ułożenie w powietrzu o temperaturze obliczeniowej +20oC
	6 kV		15 kV		6 kV		15 kV
	Cu	Al	Cu	Al	Cu	Al	Cu	Al
10	75	60	–	–	55	45	–	–
16	100	78	84	65	75	60	65	50
25	125	100	105	84	100	80	85	70
35	155	125	130	100	120	95	105	85
50	190	155	160	125	150	125	130	105
70	230	180	195	160	190	150	160	130
95	275	220	235	185	230	185	195	155
120	315	250	265	215	270	215	225	180
150	360	290	300	235	310	250	260	205
185	405	325	335	270	355	300	295	235
240	470	375	390	310	430	345	350	280

Tabela 1: Obciążalność długotrwała w amperach kabli elektroenergetycznych trójżyłowych o izolacji papierowej rdzeniowej o napięciu znamionowym 6 kV i o polu elektrycznym promieniowym o napięciu znamionowym 15 kV

Przekrój znamionowy mm2	Obciążalność długotrwała w A kabli na napięcie znamionowe
	6/10 kV	8,7/15 kV	12/20 kV	6/10 kV	8,7/15 kV	12/20 kV
	ułożonych bezpośrednio w ziemi o temperaturze obliczeniowej +20oC			ułożonych w powietrzu o temperaturze obliczeniowej +20oC
50	140	125	120	110	105	90
70	175	160	145	140	130	115
95	200	185	175	170	155	140
120	235	215	205	195	180	160
150	265	235	225	225	205	185
185	290	270	255	255	235	205
240	340	310	300	305	280	245

Tabela 2: Obciążalność prądowa długotrwała w amperach trójkątnych wiązek kabli jednożyłowych o żyłach aluminiowych na napięcie 6/10 kV, 8,7/15 kV oraz 12/20 kV

 

Przekrój znamionowy mm2	Obciążalność prądowo w amperach w okresie
	od kwietnia do października		od listopada do marca
	AL	AFL	AL	AFL
16	110	90	125	105
25	140	120	160	140
35	175	145	200	175
50	220	170	255	220
70	275	290	315	325
95	340	350	390	395

Tabela 3: Obciążalność długotrwała przewodów gołych aluminiowych (AL) i stalowo-aluminiowych (AFL) zastosowanych w przestrzeniach zewnętrznych

Przekrój znamionowy w mm2	Obciążalność prądowa w A w okresie:
	od kwietnia do października		od listopada do marca
	AL	AFL	AL	AFL
120	385	410	445	475
150	445	470	515	550
185	510	535	595	630
240	605	645	705	735
300	710	740	830	850
350	–	810	–	950
400	–	880	–	1035
525	–	1030	–	1220
670	–	1210	–	1430
675	–	1220	–	1450
775	–	1330	–	1570
840	–	1450	–	1670

Tabela 4: Obciążalność długotrwała przewodów gołych aluminiowych (AL) i stalowo-aluminowych (AFL) zastosowanych w przestrzeniach zewnętrznych

 

Przy ustaleniu obciążalności długotrwałej należy wziąć pod uwagę współczynniki poprawkowe uwzględniające odstępstwa występujących w praktyce warunków ułożenia kabli i przewodów od warunków obliczeniowych.

Napięcie znamionowe kabli	Współczynnik poprawkowy
do 10 kV włącznie	0,74
15, 20 i 30 kV	0,83
40 i 60 kV	0,89

Tabela 5: Współczynniki poprawkowe dla tabel 1 i 2przy ułożeniu kabli pojedynczo w rurach z dowolnego materiału lub przepustach kablowych umieszczonych w powietrzu o temperaturze obliczeniowej +25^oC

Przy równoległym ułożeniu na półkach poziomych w kanale				Przy równoległym ułożeniu na dnie kanału
Wskaźnik α	Współczynnik poprawkowy kabla o średnicy zewnętrznej w mm			Liczba kabli ułożonych równolegle	Współczynnik poprawkowy
	do 20	20-45	powyżej 45
0,05 lub mniej    0,1	0,90   0,80	0,90   0,75	0,90   0,70	2     3 i 4	0,87     0,80
0,2	0,70	0,65	0,57
0,3	0,63	0,57	0,50
0,4	0,58	0,51	0,44	5 i więcej	0,72
0,5	0,53	0,47	0,40
0,6	0,49	0,45	0,37
0,7	0,46	0,41	0,35
0,8	0,44	0,38	0,34
0,9	0,42	0,36	0,33
1,0	0,40	0,35	0,30
Wskaźnik α=N/(A+B)   N – Łączna liczba kabli ułożonych na półkach i na dnie kanału A – Wysokość kanału w świetle (cm) B – Szerokość kanału w świetle (cm)

Tabela 6: Współczynniki poprawkowe do tabel 1 i 2 obowiązujące przy ułożeniu równoległym kabli bez sztucznej wentylacji