Проектные организации, разрабатывающие проект организации строительства, рассчитывают и электрические сети для электроснабжения строительной площадки, в том числе и временные.
Вместе с тем работникам стройки — строителям и монтажникам — в ряде случаев приходится на месте решать вопрос о выборе сечения проводов той или иной временной линии, не предусмотренной проектом, но необходимой для подачи электроэнергии к какому-либо строительному механизму или к временной осветительной установке.
Правильный выбор сечения проводов и кабелей имеет весьма существенное значение. Сечение проводов, с одной стороны, должно быть выбрано достаточным для того, чтобы потеря напряжения при передаче необходимой мощности не превосходила допустимых пределов и чтобы провод не перегревался под действием проходящего по нему тока; с другой стороны, сечение проводов должно быть выбрано экономно с наименьшим расходом цветного металла. Перегрев проводов током быстро приводит к выходу их из строя и перерыву в электроснабжении. Повышенная потеря напряжения и связанное с ней понижение напряжения у электроприемников ухудшает их работу; вращающий момент электродвигателей и световой поток электрических ламп резко уменьшается. Например, понижение напряжения против номинального на 10% уменьшает вращающий момент асинхронных двигателей на 19%, а световой поток ламп накаливания — на 30 %. В результате строительные механизмы не могут нормально работать, освещенность рабочих мест падает, производительность труда рабочих снижается.
Далее приводятся наиболее простые способы выбора сечения проводов и кабелей для сетей напряжением 380/220 В.
Выбор сечения проводов производят: а) по допустимому нагреву проводов током (иными словами по их пропускной способности) и б) по допустимой величине потери напряжения. Из двух величин сечения, определенных по двум указанным факторам, выбирают большее с округлением его до ближайшего стандартного сечения. При этом для воздушных линий решающим фактором оказывается, как правило, допустимая потеря напряжения, а для переносных шланговых кабельных линий, электропроводок и подземных кабельных линий небольшой протяженности определяющим признаком является их пропускная способность (по допустимому нагреву).
Поэтому выбор сечения рекомендуется для проводов воздушных линий определять сечение по допустимой потере напряжения и потом проверять по допустимому нагреву; для установочных, изолированных проводов, шланговых и других кабелей—сначала определять сечение по допустимому нагреву и затем проверять на допустимую потерю напряжения.
Выбор сечения по допустимому нагреву (по пропускной способности) проводов
По пропускной способности проводов (по допустимому их нагреву) сечение определяется или проверяется по таблицам допустимых длительных токовых нагрузок на провода и кабели, помещенным в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ, гл. 1.3). Выдержки из этих таблиц применительно к сетям напряжением 390/220 В в условиях строительных площадок приведены в табл. 16.3.
Величина расчетного тока для линии, питающей отдельный трехфазный электродвигатель, например подвод электроэнергии к той или иной строительной машине с однодвигательным приводом, определяется по формуле
(16.1)
где /р — расчетный ток, А;
Рн — номинальная мощность электродвигателя, кВТ;
kз — коэффициент загрузки двигателя, принимаемый равным 0,85—0,9;
Ua — номинальное напряжение двигателя (380 В);
ηд— к. п. д. двигателя (принимается равным 0,85—0,92, для крановых двигателей 0,8—0,85);
cos φ— коэффициент мощности двигателя (принимается равным 0,8— 0,9, для крановых двигателей— 0,7—0,75).
Таблица 16.3
Допустимые длительные токовые нагрузки на провода и кабели, А
Примечания. 1. Допустимые токовые нагрузки стальных однопроволочных проводов: ПСО-3,5 — 26 А, ПСО-4 — 30 А, ПСО-5 — 35 А.
- Допустимые нагрузки кабелей с пластмассовой изоляцией, прокладываемых в земле, незначительно отличаются от указанных для кабелей с бумажной изоляцией.
- При прокладке 2 — 3 кабелей в общей траншее при расстоянии между кабелями 100 — 200 мм токовые нагрузки, указанные в настоящей таблице, должны уменьшаться на коэффициент: при 2 кабелях —0,9 —0,92; при 3 кабелях —0,85—0,87.
- Для проводов и ответвлений кабелей, питающих электроприемники, работающие в повторно-кратковременном режиме при сечении алюминиевых жил более 16 мм2 и медных более 10 мм2, допустимые токовые нагрузки, указанные в таблице, повышаются умножением на коэффициент 8,75, где ПВ— продолжительность включения, %,
Большие значения величин к. п. д. и коэффициента мощности принимают для более крупных электродвигателей — порядка 30 кВт и выше.
Расчетный ток для линии, питающей электропривод строительной машины с многодвигательным электроприводом на переменном токе (например, башенные краны), приближенно определяется по аналогичной формуле:
где Рсумм — суммарная номинальная мощность всех электродвигателей машины, кВт:
Рис. 16.11. Шланговый кабель марки КРИТ:
1 — медная токоведущая жила; 2 — вулканизированная резина, 3 — обмотка тканевой лентой; 4 — заземляющая жила; 5 — изоляция жил; 6 — прорезиненная ткань; 7 — резиновая оболочка.
kс— коэффициент спроса, учитывающий разновременность работы электродвигателей машины (коэффициент спроса для одной машины), принимаемый равным 0,7—0,8.
Выбор сечения по допустимой потере напряжения
Потерей напряжения в трехфазной линии называют арифметическую разницу между линейными напряжениями в начале и в конце линии.
Норма допустимой потери напряжения при передаче электроэнергии Правилами не установлена. Установлены лишь допустимые отклонения напряжения от номинального у различных электроприемников. Так, на зажимах электродвигателей эти отклонения от номинального напряжения, как правило, должны быть не более 5%, снижение напряжения у наиболее удаленных ламп освещения промышленных предприятий и общественных зданий, а также прожекторных установок должно быть не более 2,5% номинального напряжения, а у наиболее удаленных ламп светильников наружного освещения и освещения жилых зданий — не более 5%.
Напряжения холостого хода источников питания (силовых трансформаторов и генераторов), как мы знаем, установлены более высокими, чем напряжения приемников энергии (потребителей). Так, в сетях 380/220 В у трансформаторов (или генераторов), питающих эти сети, напряжение холостого хода составляет 400/230 В. Учитывая это обстоятельство и указанные выше нормы возможного понижения напряжения у потребителей энергии, допустимую потерю напряжения от источников питания до потребителя — электроприемника в сетях 380/220 В обычно принимают в размере 5,5—6,5%.
При этом, если питание к строительному механизму подается шланговым кабелем, присоединенным к воздушной линии (см., например, рис. 16.19), то допустимую потерю напряжения обычно принимают для воздушной линии в размере 5—5,5%, а для шлангового кабеля — 0,5—1,5% (в зависимости от его длины) с тем, чтобы суммарная потеря напряжения не превышала указанных выше пределов.
Потеря напряжения в трехфазовой линии определяется формулой
(16.3)
где ΔU — потеря напряжения, В;
I — ток в линии, А;
l — длина линии, км;
r0 и x0 — активное и индуктивное сопротивление одного провода, Ом/км;
cos φ — коэффициент мощности электрической нагрузки;
sin φ — тригонометрическая функция, соответствующая по величине значению коэффициента мощности (cos φ).
Таким образом, потеря напряжения зависит как от активного, так и от индуктивного сопротивления проводов линии.
Как известно из первой части учебника, индуктивное сопротивление проводника не зависит от его материала (за исключением стали) и определяется главным образом его формой, в данном случае взаимным расположением проводов линии: чем меньше расстояние между проводами различных фаз, тем меньше их индуктивное сопротивление. Отсюда следует, что индуктивное сопротивление ВЛ составляет значительную величину, вполне сопоставимую с активным сопротивлением, и поэтому его необходимо учитывать. В кабельных же линиях и в электропроводках с малыми расстояниями между фазными жилами и проводами индуктивное сопротивление мало — много меньше активного сопротивления — и поэтому в расчете кабельных линий (шланговых и других) небольшой длины и электропроводок величиной х0 можно пренебречь, что значительно упрощает приведенную выше формулу (16.3).
Воздушные линии с алюминиевыми проводами* с силовой (электродвигатели) или смешанной нагрузкой на ее конце. Расчет потери напряжения такой линии производят по формуле (16.3). Если выражение, стоящее в этой формуле в скобках, r0 cos φ + х0 sin φ обозначить греческой буквой ζ (дзета), то можно формулу (16.3) переписать в следующем виде:
(16.4)
В табл. 16.4 приведены активные и индуктивные сопротивления голых алюминиевых проводов для воздушных линий напряжения 380/220 В, а также и вычисленные заранее для упрощения расчетов значения ζ для тех же проводов при коэффициенте мощности φ, равном 0,7; 0,8; 0,9.
Таблица 16.4
Электрические характеристики алюминиевых проводов воздушных линий напряжением 380/220 В
Примечание. Индуктивное сопротивление указано для среднего расстояния между проводами в линиях 380/220 В—600 мм.
Во многих случаях потерю напряжения удобнее определять в процентах и вести расчет не по току I, а по величине передаваемой мощности Р, кВт.
Стальные провода используют преимущественно в сетях напряжением выше 1000 В и поэтому здесь не рассматриваются.
Подставив в формулу (16.4) вместо I его выражение
после несложных преобразований получим
(16.5)
где ΔU% — потеря напряжения в процентах от номинального. Произведение Р l (передаваемая мощность, умноженная на расстояние передачи) играет большую роль в расчетах линий; оно носит название момента нагрузки и измеряется либо в кВт - км, либо при небольших расстояниях в кВт · м.
Из формулы (16.5) простым преобразованием выводится следующее основное соотношение для определения сечения проводов по допустимой потере напряжения
(16.6)
где ∆U% —потеря напряжения, %;
Р — передаваемая мощность, кВт;
l — длина линии, км;
Uн— номинальное напряжение, В.
Пользуются формулой (16.6) следующим образом. По заданной величине потери напряжения, величине передаваемой мощности Р и расстоянию передачи I находят значение двучлена, обозначаемого буквой ζ, а затем с помощью табл. 16.4 находят соответствующее ему сечение проводов.
