Судовые станции и сети - Расчет сетей постоянного и переменного тока

§ 27. РАСЧЕТ СЕТЕЙ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Выбор сечений проводов и кабелей.

При выборе сечений и марок кабелей и проводов необходимо учитывать следующие факторы:

1. Режим работы: длительный (более 1 часа), кратковременный (нагрузка длится 1 час и менее) или повторно-кратковременный.

Рис. 96. Сальник уплотняющий переборочный

Рис. 97. Сальник уплотняющий трубчатый

1. Температура окружающей среды (если она отличается от + 40° С, то необходимо вводить поправочный коэффициент на температуру для допустимой нагрузки на кабель).
2. Число жил кабеля.
3. Род тока (постоянный или переменный).
4. Способ прокладки (открытый или в кожухах и трубах, число кабелей в одном ряду).
5. Условия работы (возможны ли механические воздействия, неподвижные или подвижные условия работы).

7. Место прокладки (например, в сырых местах, вблизи магнитного компаса или радиорубки).
8. Коэффициент одновременности работы приемников.
Факторы, изложенные выше, определяют марку и предварительное сечение кабеля.
Выбранное сечение кабелей и проводов необходимо проверить на потерю напряжения* в них.
Отличительной особенностью судовых силовых и осветительных сетей является их сравнительно малая протяженность. При малой протяженности сетей величины потерь напряжения получаются меньше допустимых по нормам Речного Регистра.

* При постоянном токе значения падения и потери напряжения одинаковы.

В связи с этим, выбор сечений кабелей и проводов для судовых сетей производится по допустимым для них нагрузкам, после чего выбранные сечения проверяются на потери напряжения. Если выбранные сечения не удовлетворяют действующим нормам потери напряжения, то намеченные сечения на некоторых участках увеличивают.
Допустимые нагрузки на морские кабели и провода определяются по таблицам, основанным на теоретических и экспериментальных исследованиях с учетом температуры окружающей среды и способа прокладки. Таблицы допустимых нагрузок и поправочные коэффициенты к ним приведены в § 25.
Рекомендуемые правилами Речного Регистра коэффициенты одновременности нагрузок судовых потребителей приведены в табл. 48.
Таблица 48

Определив расчетный ток, зная условия его работы и выбрав марку кабеля, по таблицам подбирают нужное сечение кабеля.

При этом необходимо обеспечить некоторый запас (не более 10%) по допустимой нагрузке на кабель). Если выбранное сечение не обеспечивает это условие, то необходимо выбрать ближайшее большее стандартное сечение.
Предварительно выбранный по допустимой нагрузке кабель необходимо проверить на падение напряжения при постоянном токе и потерю напряжения при переменном.
Предельно допустимые снижения напряжения для силовых и осветительных сетей (нормы Речного Регистра) приведены в табл. 49.

Таблица 49

Определение падений напряжения в сетях постоянного тока.

Сопротивление при температуре 20° С.

Таблица 50

Падение напряжения:

Определение потерь напряжения в сети переменного тока.

Если при определении падений напряжений в сетях постоянного тока мы •имели дело только с омическим сопротивлением кабелей и проводов, то в сетях переменного тока необходимо учитывать как активное, так еще и индуктивное сопротивление их.

Рис. 100.
Распределение магнитного поля вокруг и внутри проводника

Активное сопротивление проводов и кабелей переменному току несколько выше, чем омическое сопротивление постоянному току в силу поверхностного эффекта, сущность которого заключается в следующем.
При прохождении по проводнику переменного тока возникает переменное магнитное поле, окружающее проводник; при этом магнитные силовые линии окружают наружную поверхность проводника, а также находятся внутри этой поверхности (рис. 100).
Таким образом, вокруг внутренних слоев проводника располагается больше силовых линий, чем вокруг наружных. В силу этого внутренние слои проводника представляют большее индуктивное сопротивление, чем наружные, и электрический ток оттесняется к наружным слоям. Описанное явление называют поверхностным эффектом.
Количественную сторону поверхностного эффекта можно выяснить из следующего примера.
Представим себе проводник сопротивлением R, по которому протекает электрический ток I. Тогда потеря мощности в этом проводнике будет I2R.
Если мы мысленно разделим проводник на две части: наружную кольцевую и внутреннюю одинаковых сечений, то сопротивление каждой части будет 2R.

где: R — омическое сопротивление при постоянном токе;
К — коэффициент возрастания сопротивления.
Значения К для некоторых сечений кабелей даны в табл. 51.

Таблица 51

где D — расстояние между центрами жил кабеля (провода);
r — радиус жилы.
Если провода располагаются не по треугольнику, то в формулу вместо D необходимо ввести средне-геометрическое расстояние

Рис. 101. Векторная диаграмма напряжений при переменном токе

Реактивное сопротивление проводов малых сечений в сравнении с активным незначительно и им можно пренебречь; у средних сечений реактивные сопротивления соизмеримы с активными, а у больших сечений реактивное сопротивление даже больше, чем активное.
В осветительных установках переменного тока потери напряжения определяются по тем же формулам, что и в установках постоянного тока, так как коэффициент мощности (cos φ) осветительных сетей практически равен единице. В этих случаях необходимо в расчетах принимать активное сопротивление проводов и кабелей переменному току. Но и эта поправка не имеет серьезного практического значения и ею обычно пренебрегают.
В силовых установках переменного тока, когда приемники энергии потребляют энергию при cos φ, отличающемся от единицы, расчет падений и потерь напряжения необходимо вести с учетом реактивного сопротивления проводов.
На рис. 101 показана векторная диаграмма напряжений для одного провода трехфазной линии, к которой подключена силовая нагрузка с величиной тока I и углом сдвига фаз φ1.
Если R и X — активное и реактивное сопротивления питающего фидера, то падения напряжения IR и IX расположатся, как указано на диаграмме: IR — параллельно вектору тока, а IX перпендикулярно.
U — вектор напряжения в начале фидера, U' — то же в конце линии.

то

или в процентах

На диаграмме рис. 102 отрезок AB = IR — вектор падения напряжения, а отрезок AE = AD — вектор потери напряжения.

Рис. 102. Упрощенная векторная диаграмма напряжений при переменном токе


Рис. 103. Упрощенная векторная диаграмма напряжений при трехфазном токе

Линейное падение напряжения (между двумя любыми проводами) при равномерной нагрузке фаз будет или в процентах

Векторная диаграмма трехфазной линии, загруженной током I при угле сдвига фаз φ показана на рис. 103. Здесь учтено только падение напряжения, вызванное активным сопротивлением R.

Таблица 52

Пример. Определить потерю напряжения в сети, согласно рис. 104. Напряжение сети 380 в (линейное). Электродвигатели потребляют: № 1 — величину тока I1 = 42 а при cos φ= 0,72; № 2 —I2=20 А при cos φ = 0,78/

или в процентах

Рис. 104. Схема распределения нагрузки

Примечание. Сопротивления R и X отдельных участков определены по таблице.