Análisis de diseño y selección de cables de alimentación de uso común en proyectos de redes de distribución
Resumen: Los cables de alimentación son equipos intermedios que conectan fuentes de energía y equipos eléctricos, especialmente los cables de alimentación de uso común, en el Red eléctrica. Ha sido ampliamente utilizado en sistemas de energía y juega un papel importante en el funcionamiento seguro y confiable de los sistemas de energía. El autor de este artículo explica brevemente algunas discusiones y sugerencias sobre problemas comunes en el diseño de cables de alimentación en proyectos de infraestructura de redes de distribución.
Palabras clave: cable de alimentación; diseño; capacidad de carga; sección de cable
Introducción
Actualmente, mi país está acelerando la construcción de redes de distribución urbana. Para satisfacer las necesidades del desarrollo y la construcción urbanos, combinados con la renovación de la apariencia urbana y la mejora de la calidad y seguridad del consumo de electricidad de las personas, el departamento de suministro de energía ha transformado vigorosamente las redes eléctricas urbanas y rurales en los últimos años, utilizando más energía. Cables para proyectos de redes de distribución.
Análisis de diseño de cables de alimentación
En ingeniería de redes de distribución, el diseño de cables se puede realizar de acuerdo con la capacidad de carga a largo plazo, las condiciones de operación del cable, la estabilidad dinámica y térmica, fuerza, etc. Selección de sección.
1.1 Cálculo de la ampacidad nominal del cable (factor de carga 100)
La fórmula de cálculo de la ampacidad nominal del cable se basa en la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) basada en la Conferencia Internacional sobre Grandes Redes (ICGRE) en 1964. Informe sobre el estándar de cálculo de la capacidad nominal de carga de corriente del cable (factor de carga 100) establecido en 1982. Posteriormente, después de más de 20 años de modificaciones y adiciones a la norma, se formó la norma actual IEC60287. Los países tienen expectativas muy diferentes en cuanto a los parámetros de condiciones de funcionamiento del cable. La norma IEC recomienda partir de diferentes perspectivas y cada país estipula los valores correspondientes.
Para cables tendidos directamente bajo tierra, en tuberías, zanjas o tuberías de acero, especialmente el coeficiente de resistencia térmica del suelo, es muy sensible al contenido de humedad del suelo. La migración de la humedad del suelo provoca su sequedad. Resistencia térmica El coeficiente cambia mucho y puede cambiar significativamente con el tiempo, dependiendo del tipo de suelo, topografía, condiciones meteorológicas y carga del cable. Debe medirse en el sitio y tomarse las medidas correspondientes. Para calcular con precisión la capacidad de carga actual del cable en condiciones ambientales específicas, se debe prestar especial atención al seleccionar los valores de los parámetros correspondientes.
A continuación se presentan varios métodos de tendido de cables de CA comúnmente utilizados en proyectos de redes de distribución actuales y su fórmula de cálculo de la capacidad de carga de corriente nominal:
A. a la luz solar
Los cables se tienden al aire, lo que significa que se tienden al aire libre sin disipación de calor por convección forzada, incluyendo: tendido sobre soportes no continuos, soportes trapezoidales o entre madera contrachapada en interiores, exteriores, en túneles y trincheras. A partir de la expresión del aumento de temperatura por encima de la temperatura ambiente, se puede derivar la fórmula de cálculo de la capacidad de carga actual para el funcionamiento seguro de cables de CA:
Donde I----la corriente que fluye en un conductor, A;
p>
----Aumento de la temperatura del conductor por encima de la temperatura ambiente, K;
R----Resistencia de CA por unidad de longitud del conductor a temperatura máxima de funcionamiento, Ω /m;
Wd----Pérdida dieléctrica por unidad de longitud de aislamiento del conductor, W/m;
T1----Resistencia térmica por unidad de longitud entre un conductor y el metal manga, Km/W;
T2----Resistencia térmica por unidad de longitud del revestimiento interior entre la funda metálica y la armadura,
T3---; -Resistencia térmica por unidad de longitud de la cubierta exterior del cable Resistencia, Km/W;
T4----Resistencia térmica por unidad de longitud entre la superficie del cable y el medio circundante, Km/W;
n----Cable (de igual sección transversal y con la misma carga);
λ1----La relación entre la pérdida de la cubierta metálica del cable y la pérdida total de todos los conductores;
λ2- ---La relación entre la pérdida de la armadura del cable y la pérdida total de todos los conductores.
La ampacidad de un cable de cuatro núcleos de baja tensión puede ser igual a la ampacidad de un cable de tres núcleos con el mismo nivel de voltaje y sección de conductor de la misma estructura.
B. Cables de CA expuestos a la luz solar directa en el aire
Cuando la luz del sol incide directamente sobre la superficie del cable, la capacidad de carga de corriente permitida viene dada por la siguiente fórmula:
----Coeficiente de absorción cuando la luz solar incide sobre la superficie del cable;
H----Intensidad de la radiación solar, que puede ser de 1000 W/m2 para la mayoría de las áreas de latitud, o el valor local recomendado W/m2;
----Considerando la resistencia térmica externa del cable cuando se expone a la luz solar, Km/W;
----Diámetro exterior del cable, m, para Manga de metal arrugado;
----Espesor de la funda exterior, mm;
----Diámetro del cilindro concéntrico imaginario que es exactamente tangente a la cresta de la manga de metal corrugado , mm.
C. Cables AC directamente enterrados cuando el suelo está parcialmente seco
Para tendido aislado de un solo cable (multipolar) o tres cables unipolares en un solo bucle, cuando el suelo circundante El cálculo de la capacidad de carga actual cuando la resistencia térmica externa cambia debido al secado del suelo viene dado por la siguiente fórmula:
donde v----la relación de los coeficientes de resistencia térmica de los dominios de suelo seco y húmedo,;
----Coeficiente de resistencia térmica del suelo seco, Km/W;
----Coeficiente de resistencia térmica del suelo de combustión espontánea, Km/W;
-- --Temperatura crítica del suelo, es decir, la temperatura en el límite entre el suelo seco y húmedo, oC;
----Temperatura ambiente, oC ;
----Aumento de la temperatura crítica del suelo, es decir, el aumento de temperatura en el límite entre el suelo seco y húmedo por encima de la temperatura ambiente, K.
La fórmula anterior solo calcula la capacidad de carga actual del cable en circunstancias normales. La capacidad de carga actual de los cables de CA con diferentes condiciones y métodos de tendido también se ve afectada por algunos factores que reducen la capacidad de carga del cable: aislamiento. pérdida, cubierta metálica y blindaje, pérdida por corrientes parásitas, pérdida por circulación, resistencia térmica del cuerpo del cable y resistencia térmica externa, etc. Aquí no se ofrece ninguna introducción detallada.
1.2 Condiciones de funcionamiento del cable
A. Seleccione la información de las condiciones de funcionamiento que debe tener el cable: tensión nominal del sistema U, tensión máxima del sistema trifásico Um, sobretensión por rayo, frecuencia del sistema, neutro Duración máxima de la falla a tierra puntual no efectiva, corriente nominal máxima para operación continua, requisitos de carga periódicos, altitud del terminal, etc.
B. La información sobre el estado de instalación incluye tres aspectos. Condiciones generales: longitud y sección de la línea, disposición (plana o triangular) y espaciamiento mutuo, método de conexión a tierra del metal, temperatura ambiente (máxima, mínima, promedio), datos de tuberías y tuberías. Condiciones del suelo: tipo de suelo (arena, arcilla, suelo de relleno) y datos relacionados (temperatura del suelo, coeficiente de disipación de calor, coeficiente de resistencia térmica del suelo), profundidad de enterramiento y fuentes de calor circundantes. Condiciones del aire: condiciones de ventilación (interiores, zanjas), ya sea expuesto a la luz solar directa.
C. Selección de valores de parámetros para las condiciones de operación del cable
Mi país tiene un vasto territorio, con una ubicación geográfica que va desde la zona templada en el norte hasta la zona subtropical en el sur. El alcance del cambio climático es amplio y es imposible especificar una temperatura determinada como temperatura ambiente uniforme. Los departamentos técnicos pertinentes de mi país aún no han propuesto valores estándar para la temperatura ambiente y el coeficiente de resistencia térmica del suelo. Para facilitar el cálculo de la capacidad de carga actual, se recomienda adoptar los siguientes valores de referencia.
a. Colocación del suelo: El coeficiente de resistencia térmica del suelo (valor base) es de 1,0 K·m/W. El suelo seco después de la migración del agua es generalmente de 2,0 K·m/W; el suelo arenoso (grava) es de 2,5 K·m/W; La temperatura ambiente (valor base) es de 25oC. La profundidad del enterramiento directo es de 700 mm por debajo de 35 kV y de 1000 mm para 110 kV y superiores.
b. Tendido al aire: la temperatura ambiente (valor base) es de 40ºC. 30oC en el interior de los edificios. Sur y norte, aumentan o disminuyen adecuadamente en verano e invierno.
Selección de la sección del cable
Para que el sistema de suministro de energía funcione de manera segura, confiable, económica y racional, se deben utilizar como principios rectores generales la seguridad, la economía, la calidad y la dinámica. para seleccionar secciones transversales de conductores, y debe cumplir las siguientes condiciones: condiciones de calentamiento, pérdida de voltaje, operación económica, resistencia mecánica, estabilidad térmica, etc. Además, los modelos de alambres y cables deben seleccionarse según el voltaje, el entorno y el uso.
En proyectos reales, de acuerdo con las condiciones y características de líneas específicas, ciertas condiciones se utilizan como condiciones principales para seleccionar las secciones transversales de los cables, mientras que otras condiciones se verifican al mismo tiempo.
Los siguientes ejemplos ilustran el diferente énfasis de los puntos anteriores en diferentes selecciones de línea, por ejemplo:
2.1 Líneas de alta tensión: primero seleccione la sección transversal de acuerdo con la corriente económica densidad y luego verifique sus condiciones de calentamiento (haga que la corriente calculada sea menor que la corriente nominal) y la pérdida de voltaje permitida. También se debe realizar una verificación de la estabilidad térmica de las líneas de cables de alta tensión.
2.2 Líneas de baja tensión: Primero seleccione la sección transversal del conductor de acuerdo con las condiciones de calentamiento, y luego verifique la pérdida de voltaje permitida y la corriente económica.
2.3 Líneas de cables: se debe verificar según la estabilidad térmica durante el cortocircuito. Se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones al seleccionar el punto de cortocircuito durante la calibración: los cables cortos deben seleccionarse en el extremo del cable, los cables de longitud superior a 50 m deben seleccionarse en el punto medio del cable y, si hay una caja de conexiones intermedia, Se debe seleccionar la primera conexión intermedia cerca del transformador.
2.4 Ruta del cable: A la hora de elegir una ruta del cable, se debe intentar tomar el camino más corto. Evite todas las instalaciones terrestres construidas o propuestas. Minimizar las intersecciones con diversos oleoductos, ferrocarriles y carreteras principales. Tenga cuidado de evitar áreas que sean corrosivas para la cubierta exterior del cable y puedan estar sujetas a daños mecánicos. Además, la conducción de cables o el tendido de tuberías deben tener en cuenta la reducción de la capacidad de interceptación provocada por el deterioro de las condiciones de disipación de calor.
2.5 Método de tendido: Los principales métodos de tendido de cables incluyen el tendido en el aire y en el suelo. En el aire, incluye tendido a lo largo de paredes, vigas y columnas, palets, canales de alambre, marcos de alambre, verticales, colgantes, túneles, tendido de tuberías, etc. La colocación en el suelo incluye enterramiento directo, tuberías y zanjas. El método de tendido adecuado debe seleccionarse en función del modelo de cable (funda exterior), las condiciones ambientales, las condiciones de funcionamiento, etc.
Selección del tipo de cable
Existen muchos tipos y modelos de cables según el material del conductor del cable, se dividen en cables con núcleo de cobre y cables con núcleo de aluminio. Los cables de alimentación se pueden dividir en varios tipos según la estructura de sus capas de aislamiento: cables llave en mano sumergidos en aceite, cables revestidos de plomo, cables autónomos rellenos de aceite, cables aislados con caucho, cables aislados con cloruro de polivinilo y cables aislados con polietileno reticulado. cables. Según sus diferentes usos, se pueden dividir en: cables de alimentación de alta tensión, cables de control, cables aéreos aislados, cables de minería, cables derivados, etc. Dependiendo de las necesidades de funcionamiento, también habrá algunos cables con funciones especiales, como cables ignífugos, cables resistentes al fuego, cables antitermitas, etc. Ahora discutiremos algunas cuestiones sobre los cables comúnmente utilizados en la construcción de redes de distribución.
3.1 En proyectos generales de infraestructura de distribución de energía, se suelen utilizar los siguientes tipos de cables:
VV (VLV): cable de alimentación con núcleo de cobre (aluminio) aislado con PVC y revestido de etileno de PVC;
YJV (YJLV): cable de alimentación con aislamiento de polietileno reticulado con núcleo de cobre (aluminio);
3.2 Según los requisitos de operación, los dos cables anteriores se pueden extender a los siguientes tipos:
ZRVV (ZRVLV)——Cable de alimentación con revestimiento de PVC con aislamiento de PVC con núcleo de cobre (aluminio) retardante de llama;
ZRYJV (ZRYJLV)—— Cable cruzado con núcleo de cobre (aluminio) retardante de llama cable de alimentación blindado con cinta de acero aislado con polietileno vinculado;
ZRVV22 (ZRVLV22) - cable de alimentación blindado con cinta de acero con aislamiento de PVC con núcleo de cobre (aluminio) retardante de llama;
ZRYJV22 (ZRYJLV22) - llama - cable de alimentación blindado con cinta de acero aislado con polietileno reticulado con núcleo de cobre (aluminio) retardante;
FYVV22 (FYVLV22) - cable de alimentación blindado con cinta de acero aislado con PVC con núcleo de cobre (aluminio) a prueba de termitas;
FYYJV22 (FYYJLV22) - Cable de alimentación blindado con cinta de acero aislada con polietileno reticulado y núcleo de cobre (aluminio) a prueba de termitas.
En general, los cables puramente armados son a prueba de roedores y termitas, pero para áreas con una alta incidencia de termitas en el sur, el uso de cables especialmente equipados con funciones a prueba de termitas brindará una mejor protección. para el efecto cables.
3.3 Según el nivel de tensión, se puede dividir en cables de alta tensión y cables de baja tensión. El nivel de voltaje de los cables de alto voltaje comúnmente utilizados en proyectos de redes de distribución es de 8,7/15 kV y el nivel de voltaje de los cables de bajo voltaje es de 0,6/1 kV.
La tensión nominal del cable debe ser de 8,7/15 kV, debido a que la relación del cable reticulado es de 8,7/15 kV. El espesor de la capa de aislamiento de cables reticulados de 6/10 kV del mismo nivel es 1,1 mm más grueso. Debido al aumento del espesor del aislamiento del cable, se reduce la intensidad del campo y se mejora el nivel de operación del cable.
3.4 Según el número de núcleos del cable, se puede dividir en cables unipolares y cables multipolares, comúnmente se utilizan cables de tres núcleos y cables de cuatro núcleos, y de cinco núcleos. También se utilizan cables centrales.
La red de cables de media tensión de 10 kV en proyectos de redes de distribución suele utilizar cables de 3 núcleos. Cuando los circuitos con grandes corrientes de funcionamiento o cables se colocan bajo el agua, se pueden utilizar 3 cables unipolares para cada circuito.
El número de núcleos de cable utilizados en redes eléctricas de baja tensión depende de las condiciones de funcionamiento. Cuando el punto neutro de la fuente de alimentación de 1kV y menos está directamente conectado a tierra, la selección del número de núcleos de cable para el circuito trifásico debe cumplir con las siguientes regulaciones: A. Cuando el cable de protección está conectado a la parte conductora expuesta del equipo alimentado y está conectado a tierra: Si el cable de protección y el cable neutro se usan juntos. Cuando se usa el mismo conductor, se deben usar cables de cuatro núcleos. Si la línea de protección y la línea de neutro son independientes, se debe utilizar un cable de cinco conductores, o se puede utilizar un cable de cuatro conductores y otro conductor de línea de protección. B. Cuando la puesta a tierra de las partes conductoras expuestas del equipo alimentado y la puesta a tierra del sistema de alimentación sean independientes entre sí, se debe utilizar un cable de cuatro núcleos.
C. Cuando el punto neutro de la fuente de alimentación de 1 kV y menos está directamente conectado a tierra, la selección del número de núcleos de cable para el circuito monofásico: Cuando la línea protectora está conectada al conductor expuesto. parte del equipo alimentado y está conectado a tierra: Si la línea protectora Cuando se utiliza el mismo conductor con el cable neutro, se debe utilizar un cable de dos núcleos. Si la línea de protección y la línea de neutro son independientes, se debe utilizar un cable tripolar, o se puede utilizar un cable bifilar y otro conductor de línea de protección. D. Cuando la puesta a tierra de las partes conductoras expuestas del equipo alimentado y la puesta a tierra del sistema de potencia sean independientes entre sí, se debe utilizar un cable de dos núcleos.
3.5 De acuerdo con los requisitos de carga a largo plazo, capacidad de carga y estabilidad dinámica y térmica, la sección transversal del cable debe seleccionarse como 300 mm2 para la línea troncal, 240 mm2 para la línea troncal secundaria y 240 mm2 para la línea troncal secundaria. 70-150 mm2 para el ramal.
IV.Conclusión
Los cables de alimentación discutidos en este artículo son principalmente cables comúnmente utilizados en la infraestructura de la red de distribución de mi país en esta etapa, y se proporcionan algunos datos de referencia. La selección del cable está directamente relacionada con el funcionamiento normal del sistema de distribución de energía. La construcción y transformación de la red de cable debe considerar de manera integral todos los factores para facilitar el funcionamiento seguro, de alta calidad y económico de la red eléctrica final.
Referencias:
[1] GB 50217-2007 Especificaciones de diseño de cables para ingeniería eléctrica
[2] DL/T 5221-2005 Diseño de líneas de cables de energía urbana Reglamentos técnicos
[3] Ma Guodong Capacidad de carga de cables y alambres eléctricos China Electric Power Press 2003; 32-34, 113-121.