ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТ Р мэк 60287-1-1- 2009

КАБЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ. РАСЧЕТ НОМИНАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ НАГРУЗКИ

Часть 1-1

Уравнения для расчета номинальной токовой нагрузки (100 %-ный коэффициент нагрузки) и расчет потерь. Общие положения

IEC 60287-1-1:2006

Electric cables — Calculation of the current rating — Part 1-1: Current rating equations (100 % load factor) and calculation of losses — General

(IDT)

Издание официальное

3

'Г

55

О

8

I

о

<*>

ш

Москва

Стаидартинформ

2009

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. Ne 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности» (ОАО «ВНИИКП») на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 46 «Кабельные изделия»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 июня 2009 г. № 217-ст

4    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 60287-1-1:2006 «Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 1-1. Уравнения для расчета номинальной токовой нагрузки (100 %-ный коэффициент нагрузки) и расчет потерь. Общие положения» (IEC 60287-1-1:2006 «Electric cables — Calculation of the current rating — Part 1-1: Current rating equations (100 % load factor) and calculation of losses — General»).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении А

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случав пере-смотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

© Стандартинформ, 2009

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

Содержание

1    Общие положения.............................................1

1.1    Область применения.........................................1

1.2    Нормативные ссылки.........................................1

1.3    Обозначения..............................................2

1.4    Допустимая номинальная токовая нагрузка кабелей........................5

2    Расчет потерь................................................7

2.1    Сопротивление жилы переменному току..............................7

2.2    Диэлектрические потери (только для кабелей на переменное напряжение)..........10

2.3    Коэффициент потерь для оболочки и экрана (только для кабелей на переменное напряжение

промышленной частоты)......................................11

2.4    Коэффициент потерь для брони, усиливающего покрытия и стальных труб (только для кабелей на переменное напряжение промышленной частоты)....................18

Приложение А (справочное) Сведения о соответствии национальных стандартов Российской

Федерации ссылочным международным стандартам................ . 23

Библиография................................................24

ill

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

Введение

Настоящий стандарт содержит формулы для расчета величин R. W_d, а, и и содержит методы расчета допустимых токовых нагрузок кабелей по значениям максимально допустимой температуры, электрического сопротивления токопроводящей жилы, потерь и тепловых удельных сопротивлений.

Приведены также формулы для расчета потерь.

В настоящем стандарте формулы содержат величины, изменяющиеся в зависимости от конструкции кабеля и применяемых материалов. Значения, указанные в таблицах, соответствуют установленным международным (например, электрические удельные сопротивления и температурные коэффициенты сопротивления) либо общепринятым в практике (например, тепповые удельные сопротивления и диэлектрические постоянные материапов). В последнем случае некоторые из указанных значений не являются характеристикой качества новых кабелей, а относятся к кабелям после длительного периода эксплуатации. Для того, чтобы можно было получить однородные и сравнимые результаты. необходимо рассчитывать номинальные токовые нагрузки по указанным в настоящем стандарте значениям. Однако, если точно известно, что конкретным материалам и конструкции более соответствуют другие значения, то можно использовать эти значения, при условии, что они, а также соответствующие номинальные токовые нагрузки, будут указаны.

Значения, относящиеся к условиям эксплуатации кабелей, могут значительно отличаться друг от друга в разных странах. Например, что касается температуры окружающей среды и теплового удельного сопротивления почвы, их значения в разных странах определяют, исходя из различных соображений. Поверхностные сравнения значений, используемых в разных странах, могут привести к ошибочным заключениям, если они не основаны на общем критерии, например, могут быть различны предполагаемые сроки службы кабелей, в некоторых странах конструкция основана на максимальных значениях теплового удельного сопротивления почвы, в то время как в других странах используют средние значения. В частности, что касается теплового удельного сопротивления почвы, хорошо известно, что эта величина очень зависит от содержания влаги в почве и может значительно изменяться с течением времени, в зависимости от типа почвы, топографических и метеорологических условий, а также нагрузки кабеля.

Для выбора значений различных параметров необходимо использовать следующую процедуру.

Числовые значения должны основываться, главным образом, на результатах соответствующих измерений. Часто оказывается, что эти результаты уже включены в национальные технические требования в качестве рекомендуемых значений, поэтому расчет может быть основан на значениях, используемых в данной стране: обзор таких значений приведен в [1].

Перечень информации, необходимой для выбора соответствующего типа кабепя. приведен в [1].

IV

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАБЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ. РАСЧЕТ НОМИНАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ НАГРУЗКИ

Часть 1-1

Уравнения для расчета номинальной токовой нагрузки (100 %-ный коэффициент нагрузки)

и расчет потерь. Общие положения

Electric cables. Calculation of the current rating. Part 1-1. Current rating equations (100 % load factor) and calculation

of losses. General

Дата введения — 2010—01—01

1 Общие положения

1.1    Область применения

Настоящий стандарт рассматривает условия установившегося режима работы кабелей при любом переменном напряжении и постоянном напряжении до 5 кВ. проложенных непосредственно в земле, в каналах, лотках или стальных трубах, с частичным осушением почвы или без. а также кабелей, проложенных на воздухе. Термин «установившийся режим» обозначает ток постоянной величины при непрерывном режиме работы (100 %-ный коэффициент нагрузки), достаточный для того, чтобы асимптотически создать максимальную температуру жилы при постоянных условиях окружающей среды.

Настоящий стандарт содержит формулы для расчета номинальных токовых нагрузок и потерь.

Формупы настоящего стандарта являются достаточно точными и в то же время позволяют варьировать некоторые важные параметры. Эти параметры можно разделить на три группы:

-    параметры, относящиеся к конструкции кабеля (например, тепловое удельное сопротивление изоляционного материала), для которых были выбраны характерные значения, основанныо на опубликованных работах;

-    параметры, относящиеся к условиям окружающей среды, которые могут быть очень разнообразны. выбор этих параметров зависит от страны, в которой используются или должны использоваться кабели;

-    параметры, которые принимаются по соглашению между изготовителем и потребителем и касаются запаса надежности работы кабеля (например, максимапьная температура жилы).

1.2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты:

МЭК 60028:1925 Международные нормы на электрическое сопротивление меди

МЭК 60141 (все части) Испытания маспоиапопненных кабелей и кабелей с газом под давпением и арматуры к ним

МЭК 60228 Токопроводящие жилы изолированных кабелей

МЭК 60287-2-1 Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 2-1. Тепловое сопротивление. Расчет теплового сопротивления

МЭК 60502-1 Силовые кабели с экструдированной изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение от 1 кВ {U_m = 1,2 кВ) до 30 кВ (U_m = 36 кВ). Часть 1. Кабепи на номинальное напряжение 1 кВ (U_m = 1,2 кВ) и 3 кВ (U_m = 3,6 кВ)

МЭК 60502-2 Силовые кабели с экструдированной изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение от 1 кВ (U_m = 1,2 кВ) до 30 кВ (U_m = 36 кВ). Часть 2. Кабели на номинальное напряжение от 6 кВ {U_m = 7,2 кВ) до 30 кВ (U_m = 36 кВ)

Издание официальное

1

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

1.4 Допустимая номинальная токовая нагрузка кабелей

При расчете допустимой токовой нагрузки в условиях частичного высыхания почвы необходимо также рассчитать токовую нагрузку для условий, когда высыханио почвы не происходит. Используют меньшую из двух полученных нагрузок.

1.4.1    Кабели, проложенные в почве, когда высыханио почвы не происходит, или на воздухе

1.4.1.1    Кабели на переменное напряжение

Допустимая токовая нагрузка кабелей на переменное напряжение может быть получена из формулы превышения температуры жипы над температурой окружающей среды

до = (l²R + ±W_d )Г, ♦ [l²R( 1 ♦ >.,) + W_d]nr₂ + [/²Ж1 + л, + >*) + W_d]n(7₃ + Г₄),

где / — ток, проходящий по одной жиле. А:

ДО — превышение температуры жилы над температурой окружающей среды. К;

Примечание — Имеется в виду средняя температура окружающей среды при нормальных условиях в случае, когда кабели прокладываются или будут проложены с учетом влияния любого местного источника тепла, но без учета повышения температуры от кабелей, расположенных в непосредственной близости, вследствие выделяющейся в них теплоты.

R — сопротивление жилы переменному току на единицу длины при максимальной рабочей температуре. Ом/м;

—    диэлектрические потери изоляции жилы на единицу длины. Вт/м;

Г, — тепловое сопротивпение между жилой и оболочкой на единицу длины. К ■ м/Вт;

Т₂ — тепловое сопротивление подушки между обопочкой и броней на единицу длины. К м/Вт;

Г₃ — тепловое сопротивление наружного защитного покрытия кабеля на единицу длины, К • м/Вт;

Т_л — тепловое сопротивление между поверхностью кабеля и окружающей средой, полученное по МЭК 60287-2-1 (подраздел 2.2), на единицу длины. К ■ м/Вт;

п — число несущих нагрузку жил в кабеле (жилы одинакового размера и несущие одну и ту же нагрузку);

—    отношение потерь в металлической оболочке к общим потерям во всех жилах кабеля;

\₂ — отношение потерь в броне к общим потерям во всех жилах кабеля.

Из вышеприведенной формулы получают допустимое значение токовой нагрузки

,.'    ДО - W_tf[ОДГ, ♦ л(Г₂ - 7₃ 4 Г₄ Ц V⁰⁵    (2)

¹    + r)R(1 +    )7j + nR( 1 + Xj + **2 )(7з + J4) J

Если кабель подвергается воздействию прямых солнечных лучей, следует применять формулу по МЭК 60287-2-1 (подпункт 2.2.1.2).

Номинальная токовая нагрузка четырехжильного кабеля на низкое напряжение может быть принята равной номинальной токовой нагрузке трехжильного кабеля на то же напряжение, с тем же размером жил и аналогичной конструкции, при усповии, что кабель будет использоваться в трехфазной системе, в которой четвертая жила является нейтральным либо защитным проводником. В случае нейтрального проводника номинальная токовая нагрузка относится к симметричной нагрузке.

1.4.1.2    Кабели на постоянное напряжение до 5 кВ

Допустимое значение номинальной токовой нагрузки кабелей при постоянном напряжении попу-чают по следующей упрощенной формуле по отношению к формуле для переменного напряжения:

до    I⁰⁶    (3)

лЛ'Г₂ * лЯ'(Г₃ Г T₄)J ’

где R' — сопротивление жилы постоянному току на единицу длины при максимальной рабочей температуре. Ом/м.

Если кабель подвергается воздействию прямых солнечных лучей, следует применять формулу по МЭК 60287-2-1 (подпункт 2.2.1.2).

1.4.2    Кабели, проложенные в условиях частичного высыхания почвы

1.4.2.1 Кабели на переменное напряжение

Нижеприведенный метод применим только для одиночных изолированных кабелей или цепей, проложенных на обычной глубине. Этот метод основан на простой двухзоновой модели почвы, когда одна зона, прилегающая к кабелю, высушена, в то время как другая сохраняет тепловое удельное

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

сопротивление местной среды, при этом граница между этими зонами изотермическая¹). Метод считается приемлемым для тех областей применения, где влияние почвы учитывают лишь по упрощенной форме.

Примечание — Прокладка более одной цепи, а также необходимое расстояние между цепями находится в стадии рассмотрения.

Изменения внешнего теплового сопротивления, за счет образования сухой зоны вокруг одиночного изолированного кабеля или цепи, учтены в спедующей формуле [см. формулу (2)]:

_/= ДО - ^(0.57, т п{Т₂ г Т₃ , у Г,)) . (у - 1)Л(1, ]^0,6    <⁴>

i. Я1Г, + п( 1 ₊    )Т₂ + n(1 + X, 4 Х₂>(Г₃ + vT_A )} J ’

где v — отношение тепповых удепьных сопротивпений сухой и влажной зон почвы (v = p_d /p_w);

R — сопротивление токопроводящей жипы переменному току при максимальной рабочей температуре жипы. Ом/м; p_d — удельное тепловое сопротивление сухой почвы. К • м/Вт;

— удепьное тепповое сопротивпение впажной почвы. К • м/Вт;

0_Х — критическая температура почвы и температура границы между сухой и влажной зонами, °С; в_а — температура окружающей среды, °С:

ДО, — превышение критической температуры почвы — это превышение температуры на границе между сухой и влажной зонами над температурой окружающей почвы (0, - 0_а), К.

Примечание — Г₄ опредепяют. испопьзуя удепьное тепловое сопротивление впажной почвы ) и МЭК 60287-2-1 (подпункт 2.2.3.2). Не следует применять расчет с изменением превышения температуры за счет взаимного нагрева кабепей по МЭК 60287-2-1 (подпункт 2.2.3.1).

0_Х и p_d определяют на основе имеющейся информации о характеристиках почвы.

Примечание — Выбор соответствующих характеристик почвы находится а стадии рассмотрения. Эти значения могут быть согласованы между изготовитепем и потребитепем.

1.4.2.2 Кабели на постоянное напряжение до 5 кВ

Допустимую токовую нагрузку кабеля на постоянное напряженно определяют по спедующей упрощенной формуле:

_r I АЦт(у-1)Л0,    ^!°^$    <⁵>

[*1Г, . пТ₂ +п(Т₃ Г vT_A )|J '

где R‘ —■ сопротивление жилы постоянному току на единицу длины при максимальной рабочей температуре, Ом/м.

1.4.3 Кабели, проложенные в условиях, когда не следует допускать высыхания почвы

1.4.3.1    Кабели на переменное напряжение

Если не следует допускать миграцию влаги, ограничив превышение температуры поверхности кабеля до значения не более А0_Х, соответствующую токовую нагрузку определяют по формуле

, Г АО    °\

[л/?Г₄(1+ X, ■* Х₂>;

Однако в зависимости от значения Д0_Х, такое ограничение может отразиться на температуре жилы, которая может превысить максимально допустимое значение. Используемое значение токовой нагрузки должно быть меньшим из двух значений, полученных по формуле (6) либо по формупв (2).

Сопротивление жилы R вычисляют для соответствующей температуры жилы, которая может быть меньше максимально допустимого значения. Проводят оценку рабочей температуры и при необходимости ее корректируют.

Примечание — Для четырехжипьных низкоаопьтных кабепей см. 1.4.1.1.

1.4.3.2    Кабепи на постоянное напряжение до 5 кВ

Допустимую токовую нагрузку для кабелей на постоянное напряжение получают по спедующей упрощенной формуле по отношению к формупе для кабелей на переменное напряжение:

¹¹ См. [2] (в частности, раздел 3 и приложение 1).

6

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

I 1<>.5

I - '    ^д0*    '

Сопротивление жилы R' следует принять таким, как указано в 1.4.2.2.

1.4.4 Кабели, подверженные прямому солнечному излучению

Допустимые токовые нагрузки

Учитывая действие сопнечного излучения на кабель, допустимую токовую нагрузку определяют по следующим формулам.

1.4.4.1 Кабели на переменное напряжение

I.! д» - w_a[oST, г п{т₂, т_г - г;)} - ао;нг; I⁰'⁵    <⁸>

j R7"i *■    ⁺ л^(1 +    +    Гд    )

1.4.4.2 Кабели на постоянное напряжение до 5 кВ

ДО - аОдНГ/

I-

RT, + nR'T₂ - nR-(Tj - т; )

где а— коэффициент поглощения солнечного излучения поверхностью кабеля (см. таблицу 4);

Н — интенсивность солнечного излучения, которую принимают для большинства широт равной 10³ Вт/м²; рекомендуется, по возможности, использовать местное значение:

Г₄* — тепловое сопротивление окружающей среды при прокладке кабеля на воздухе с поправкой на солнечное излучение (см. МЭК 60287-2-1). К - м/Вт;

D_e* — наружный диаметр кабеля для гофрированных оболочек D_e* = (D^ + 2*_а)10^-3, м;

/₃ — толщина защитного покрытия, мм.

2 Расчет потерь

2.1    Сопротивление жилы переменному току

Сопротивление жилы переменному току R, Ом/м, на единицу длины при ее максимальной рабочей температуре во всех случаях, за исключением кабелей, пропоженных в трубопроводах (см. 2.1.5). определяют по следующей формуле:

Я = Я(1 +у, + у_р).    (Ю)

где R' — сопротивление жилы постоянному току при максимальной рабочей температуре. Ом/м; y_s — коэффициент поверхностного эффекта; у_р — коэффициент эффекта близости.

2.1.1    Сопротивление жилы постоянному току

Сопротивление жилы постоянному току R', Ом/м. на единицу длины при ее максимальной рабочей температуре 0 определяют следующим образом:

R'*R_e[1 ♦о₂₀(0-20)],    (11)

где R₀ — сопротивление жилы постоянному току при 20 ⁵С. Ом/м. Значение R_a указано в МЭК 60228.

Если жила не соответствует МЭК 60228. то значение R₀ может быть установлено по соглашению между изготовителем и потребитепем. Сопротивление жилы опредепяют, используя значения удельного сопротивления, приведенные в таблице 1;

“20 ~ температурный коэффициент при 20 °С на Кельвин (см. стандартные значения в таблице 1);

0 — максимальная рабочая температура в градусах Цельсия (определяется типом используемой изоляции), установленная в стандарте или технических условиях на кабель конкретного типа.

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

2.1.2    Коэффициент поверхностного эффекта у,

Коэффициент поверхностного эффекта y_s определяют по формуле

_у - «*⁴ (12> ⁵    192 + 0j8x*

где xl = 5^.10 '?k_s\

Г\

f— частота. Гц.

Значения k_s приведены в таблице 2.

Формула (12) точна, если x_s не превышает 2,8, и поэтому в большинстве случаев применима на практике.

При отсутствии соответствующей формулы для жил секторного и овального сечения рекомендуется использовать формулу (12).

2.1.3    Коэффициент эффекта близости у_р для двухжильных кабелей и двух одножильных кабелей

Коэффициент эффекта близости опредепяют по формуле

у= <    ⁽¹³⁾

^р 192 + ОЙХр I s )

где Хр =

d_c — диаметр жилы, мм; s — расстояние между осями жил, мм.

Значения к приведены в таблице 2.

Формула (13) точна, если х_р не превышает 2,8. и поэтому в большинстве случаев применима на практике.

8

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

Окончание таблицы 2

¹¹ Приведенные значения относятся к жилам, состоящим из четырех сегментов (с центральным каналом или без него), площадь каждого из которых составляет до 1600 мм². Эти значения применимы к тем жилам кабелей, в которых все повивы проволок имеют одинаковое направление скрутки. Эти значения окончательно не утверждены, т. к. сам вопрос находится в стадии рассмотрения.

²¹ Для олредепения k_t спедует использовать следующую формулу:

(14)

где d, — внутренний диаметр попой жилы (центрального канала), мм.

— наружный диаметр попой жилы, мм.

³¹ Для кабелей, имеющих токопроводящую жилу, которая состоит из центральной сегментной части и одного или нескольких повивов стренг, при определении k_i следует использовать следующую формулу:

к_Л => (12с((«с - 0.5}² ♦ («С - 0.5) (ч- - а) с ♦ 0.33(у - а)² с²] ■» t>(3 - 6Ь ♦ 4i>²)}⁰'⁵.

где Ь — отношение общего сечения периферийных стренг к общему сечению готовой жилы;

с — отношение общего сечения сегментной части жилы к общему сечению готовой жилы, с = {1 - i>).

где п — число сегментов.

Формула (15) применима дпя апюминиевых токопроводящих жип сечением до 1600 мм².

Если общее сечение периферийных стренг составляет более 30 % общего сечения жилы, тогда значение k_s принимают равным 1.

⁴¹ Несмотря на то. что в настоящее время нет утвержденных данных, относящихся непосредственно к коэффициенту к_р дпя алюминиевых жил. рекомендуется испопьзовать для многопроволочных алюминиевых жил те же значения, которые приведены для медных жип аналогичной конструкции.

2.1.4 Коэффициент эффекта близости у_р для трехжильных кабелей и трех одножильных каболей

2.1.4.1 Кабели с круглыми жилами

Коэффициент эффекта близости определяют по формуле

1.18

192 -Г О^х;

где х²р =

d_c — диаметр жилы, мм;

s — расстояние между осями жил. мм.

Примечание — Для кабелей, распопоженных в одной плоскости, s — расстояние между соседними фазами. Если расстояния между соседними фазами не одинаковые, то s ® ^s₂-

Значения к_р приведены в таблице 2.

Формула (16) точна, если х_р не превышает 2.8, и поэтому в большинство случаев применима на практике.

2.1.4.2 Кабели с фасонными жилами

Для многожильных кабелей с фасонными жилами значение у_р должно составлять 2/3 значения, определенного в соответствии с 2.1.4.1.

При этом d_e = d„ — диаметр эквивалентной круглой жилы с такой же площадью поперечного сечения и такой же степенью уплотнения, мм.

9

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

2.4 Коэффициент потерь для брони, усиливающего покрытия и стальных труб (только для кабелей на переменноо напряжение промышленной частоты)

Формулы (60)—(69) выражают потери мощности в металлической броне, усиливающем покрытии или стальных трубах через увеличение потерь во всех жилах.

Соответствующие значения удельного электрического сопротивления и температурных коэффициентов материалов, используемых для брони и усиливающего покрытия, приведены в таблице 1.

В формулах (55). (63)—(65) используется значение сопротивления брони при максимальной рабочей температуре. Максимальную рабочую температуру брони 0_а(., ^еС. определяют по формуле

0», = «с ~ «'²* ⁺ 0,5 W_d)T, + [/2/?<1 ♦ х,) + W_d\nT₂}.    (S3)

Поскольку температура брони является функцией тока I. при расчете используется метод последовательных приближений.

Сопротивление брони при максимальной рабочей температуре /?_л. Ом/м, определяют по формуле

^ = «доП⁺ «2о(О_а,-20)].    (54)

где R_Ao — сопротивление брони при 20 ⁵С. Ом/м.

Если используется параллельно эквивалентное сопротивление оболочки и брони, можно допустить, что оба элемента имеют рабочую температуру брони, и использовать усредненное значение для температурного коэффициента этих материалов.

2.4.1    Немагнитные броня или усиливающее покрытие

Обычно потери в усиливающем покрытии рассчитываются совместно с потерями в оболочке. Применяются формулы, приведенные в 2.3. но сопротивление одиночной оболочки R_s заменяется параллельной комбинацией сопротивления оболочки и усиливающего покрытия. Среднеквадратичное значение диаметра оболочки и усиливающего покрытия заменяет средний диаметр оболочки d (см. 2.3.11). Это относится к одножильным, двухжильным и многожильным кабелям.

Значение сопротивления усиливающего покрытия зависит от шага наложения лент следующим образом:

a)    если ленты наложены с очень большим шагом (продольное наложение лент), в расчет принимается сопротивление цилиндра, имеющего ту же массу материала на единицу длины кабеля и тот же внутренний диаметр, что и наложенные ленты;

b)    если ленты наложены приблизительно под углом 54° к оси кабеля, сопротивление в два раза выше значения, определенного в соответствии с перечислением а);

c)    если ленты наложены с очень малым шагом (поперечно наложенные ленты), сопротивление можно считать бесконечным, т. е. потери могут не учитываться;

d)    если ленты наложены в два или более слоя с очень малым шагом и ленты примыкают друг к другу, сопротивление в два раза выше значения, определенного в соответствии с перечислением а).

Эти положения относятся также к изолированным жилам кабелей в трубопроводах, которые рассматриваются в 2.3.11.

2.4.2    Стальная броня или усиливающее покрытие

2.4.2.1 Одножильные кабели со свинцовой оболочкой и стальной проволочной броней, соединенной с оболочкой на обоих концах

Приведенный метод не учитывает возможное влияние окружающей среды, которое может быть достаточно существенным, в частности, для кабелей, проложенных под водой. Этот метод следует применять для линий с большим расстоянием между кабелями (т. е. 10 м или более). Он позволяет определить значения общих потерь в оболочке и броне, которые обычно выше фактических для того, чтобы номинальные токовые нагрузки были рассчитаны с запасом. Следует отметить, что наиболее нагретый отрезок кабельной трассы может находиться на берегу, где как потери, так и взаимный нагрев могут быть высоки.

Если влиянием окружающей среды можно пренебречь, например, при прокладке кабелей на воздухе, этот метод можно использовать для любого расстояния между кабелями.

Расчет потерь мощности в свинцовой оболочке и стальной проволочной броне одножильных кабелей при соединении оболочки и брони на обоих концах проводится следующим образом:

а) Эквивалентное сопротивление параллельных оболочки и брони R_e, Ом/м. определяется по формуле

18

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

_R - ЯдЯд    (55)

° R^Ra'

где R_s — сопротивление оболочки на единицу длины кабеля при максимальной рабочей температуре. Ом/м;

R_a — сопротивпение брони переменному току на единицу длины при максимальной рабочей температуре. Ом/м.

Сопротивпение проволочной брони переменному току изменяется прибпизитепьно от увеличен-ного в 1.2 раза сопротивления постоянному току дпя провопок диаметром 2 мм до увеличенного в 1.4 раза сопротивпения постоянному току дпя проволок диаметром 5 мм. Сопротивление не оказывает определяющего влияния на конечный результат.

Ь) Индуктивность элементов цепи на фазу определяют по формупам:

Н= 2-10~⁷lnf*fi|,    ^<56)

I d I

Н, = лц_в    10 ⁷ sin р cos у,    ^<57)

н₂ = *u_e I 4^L\ 1 o-⁷ sin psin •(,    ^<58)

\ P^d A I

H₃ = 0.4{ц, cos² p - 1 )j |lj 10-⁶,    ^<59)

Примечание — Для несоприкасаюшихся проволок брони значение Н₃ принимают равным нулю.

где H_s — индуктивность, опредепяемая оболочкой, Гн/м;

H_v Н₂, Н₃ — компоненты индуктивности, опредепяемые стальными провопоками, Гн/м;

s₂ — расстояние между осями соседних кабелей, расположенными треугопьником; для кабелей, раслопоженных в одной плоскости, s₂ — среднегеометрическое значение трех расстояний между кабелями, мм; d_A — средний диаметр брони, мм; d,~ диаметр стальной проволоки, мм;

р — длина шага наложения стальной провопоки вдопь кабепя, мм; л, — число стальных проволок; р— угол между осью провопок брони и осью кабеля;

у — угловая временная задержка продопьного магнитного потока в стапьных проволоках относительно действия намагничивающей силы; ц_е — продольная относительная магнитная проницаемость стапьных провопок;

— поперечная относительная магнитная проницаемость стапьных проволок.

Значения у, см. в перечислении d).

Значения коэффициентов В,, В₂. Ом/м. следующие:

В, = <4Н₅ + Н, ♦ Н₃).

В₂ - аН₂.

с) Общие потери в оболочке и броне W_(s * _А], Вт/м, определяют по формуле

(60)

^(I А) * s₂> ^+fif I

Можно предпопожить, что потери в оболочке и броне прибпизитепьно равны, в этом случае

Я', = /-2 =

2W_C

где W_c= I²R — потери в жиле. Вт/м.

d) Выбор магнитных характеристик у, ц_е и ц,

Эти величины зависят от конкретного образца стали и. если нельзя сослаться на измерения, выполненные на испопьзуемой стальной проволоке, следует принять некоторые средние значения.

19

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

Допустимо для проволок диаметром от 4 до 6 мм. обладающих прочностью при разрыве около 400 Н/мм². принять следующие значения: ц_е = 400;

ц, = 10. если проволоки соприкасаются друг с другом; ц, = 1. если проволоки не касаются друг друга; у = 45°.

Еспи требуется более точный расчет и известны характеристики провопоки, то вначале необходимо определить прибпизитепьное значение намагничивающей силы Н, ампер-витки/м, для того, чтобы определить соответствующие магнитные характеристики.

1000 j и

Н =

а

где / и l_s — векторные значения тока в жиле и тока в оболочке. Для исходного выбора магнитных характеристик достаточно предположить, что |/” + /_а | = 0.6/, и повторить расчеты, если будет установлено, что рассчитанное значение существенно отличается от предполагаемого. 2.4 2.2 Двухжильные кабели со стальной проволочной броней

(63)

2

где R_a — сопротивление брони переменному току при максимальной температуре брони. Ом/м; d_A — средний диаметр брони, мм;

А — площадь поперечного сечения брони, мм²: г, — радиус окружности, описанной вокруг жил. мм; t— толщина изоляции между жилами, мм.

Поправка на неравномерное распределение тока в жилах не сделана, поскольку это несущественно для жил сечением до 400 мм².

2.4.2.3 Трехжильные кабели со стальной проволочной броней

2.4.2.3.1 Кабель с жилами круглого сечения

где R_a — сопротивление брони переменному току при максимальной температуре брони, Ом/'м; d_A — средний диаметр брони, мм; с — расстояние между осью жилы и осью кабеля, мм.

Поправка на неравномерное распределение тока в жилах не сделана, поскольку это несущественно для жил сечением до 400 мм².

2.4.2.3.2 Кабели с секторными жилами

(65)

где г_у — радиус окружности, описанной вокруг трех фасонных жил. мм;

га= 2 nf\

f— частота. Гц.

2.4.2.4 Трехжильные кабели со стальной ленточной броней или усиливающим покрытием Приведенные ниже формулы применяются при топщине лент 0,3—1.0 мм.

Гистерезисные потери >.'₂ определяют при частоте 50 Гц по следующей формуле:

где s — расстояние между осями жил. мм;

6— эквивалентная толщина брони, мм. опредепяют по формуле

20

(66)

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

8 = —. т.а_А

где А — площадь поперечного сечения брони, мм²; d_A — средний диаметр брони, мм.

Коэффициент к определяют по формупе

к - *    <⁶⁷>

пг

цб

где ц — относитепьная магнитная проницаемость стальной ленты, обычно принимают значение 300. Для частот f отличных от 50 Гц, значение к, полученное по вышеприведенной формуле, следует

умножить на коэффициент —.

50

Потери, обусловленные еихровыми токами, определяют при частоте 50 Гц по следующей формуле:

.. 2.25s²*²й10~⁸    <68)

/*2--

Rd_A

При любой другой частоте значение, попученное по этой формуле, следует умножить на коэффи

(-)*■ 50)

Общий коэффициент потерь в броне выражается суммой гистерезисных потерь и потерь от вихревых токов:

X₂=X'₂+>-2-    <⁶⁹)

Примечание — Стальная броня или усиливающее покрытие, если они имеются, увеличивают потери в оболочках, обусловленные вихревыми токами (см 2.3.9).

2.4.2.5 Кабели типа SL {с отдельно освинцованными жилами)

Если броня наложена на кабель типа SL с отдепьно освинцованными жилами, экранирующий эффект токов в оболочке способствует снижению потерь в броне. Значения, полученные по формуле

для %2, приведенной в 2.4.2.3.1 или 2.4.2.3.2. должны быть умножены на коэффициент!    I,    где

определен по 2.3.1.

2.4.3 Потери в стальных трубах

Потери в стальных трубах определяются по двум эмпирическим формулам. Одна из них дает потери для кабелей, у которых жилы расположены треугольником, вплотную друг к другу, а другая — для кабелей, у которых жилы расположены в виде более открытой конфигурации (в лотках) на дне трубы. На практике для изолированных жил кабелей используется конфигурация, представпяю-щая собой нечто среднее между этими двумя способами расположения. Следует определить потери для каждой конфигурации и взять среднее значение.

Примечание — Эти формулы были попучены эмпирическим путем в США и а настоящее время применяются только для размеров стальных труб и типов стали, используемых в этой стране.

Для способа расположения треугольником вплотную друг к другу используют следующую формулу:

^0.011Ss-0fl0l485tf,,j „^5    (70)

Для способа открытой конфигурации используют следующую формулу:

^_|0.00438а.0.00226</„ |_1Q._{S    (7}1)

где s — расстояние между осями жил, мм. d_a — внутренний диаметр трубы, мм;

R — сопротивление жилы переменному току на единицу длины при максимальной рабочей температуре. Ом/м.

Приведенные формулы справедливы при частоте 60 Гц. Для частоты 50 Гц полученные значения спедует умножить на 0.76.

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

Для кабелей в трубах, имеющих броню из плоских проволок на всех трех изолированных жилах, потери не зависят от наличия трубы. Потери в броне таких кабелей следует рассчитывать, как для кабелей с отдельно освинцованными жилами (см. 2.4.2.3.2). а потери в трубах в этом спучае не учитываются.

22

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

Приложение А (справочное)

Сведения о соответствии национальных стандартов Российской Федерации ссылочным международным стандартам

23

ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009

Библиография

(1J МЭК 60287-3-1:1995 Электрические кабели. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 3-1. Разделы.

касающиеся условий эксплуатации. Стандартные условия эксплуатации и выбор типа кабеля

(IEC 60287-3-1:1995) (Electric cables — Calculation of the current rating — Part 3-1: Sections on operating conditions — Reference operating conditions and selection of cable type)

(2) «Current ratings of cables buried in partialty drled-out soil. Part 1». Electra № 104. стр.11. январь 1966

УДК 621.315.326.001.4:006.354    ОКС    29.060.20    Е49    ОКП    35 0000

Ключевые слова: электрический кабель, токовые нагрузки, уравнения для расчета токовой нагрузки, расчет потерь, общие положения

Редактор О.Н. Грач Технический редактор М.С. Гришанова Корректор Е.Д. Дупьнева Компьютерная верстка Л.А. Круговой

Сдано в набор 02.09.2009. Подписано в печать 22 10.2009 Формат 60 * 84^. 6ywara офсетная.    Гарнитура Ариал.

Печать офсетная Уел. печ. п. 3.26. Уч.-изд. л. 2.60. Тираж 191 экз.    Зак. 737.

ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», 123995 Москва. Гранатный пер.. 4 www.gostmio.rumfo@gostinto.ru Набрано во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» на ПЭВМ.

Отпечатано о филиале ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» — тип. «Московский печатник». 105062 Москва. Лялин пер . 6.