всего 24 000 рублей
всего 7 000 рублей
Правильный расчёт параметров системы кондиционирования воздуха в серверном помещении позволяет, с одной стороны, повышать энергоэффективность и минимизировать счета за электроэнергию, а с другой — не допускать отказов ИТ-оборудования из-за перегрева.
Нормальная температура в серверной от 18 до 24 градусов Цельсия, при этом относительная влажность должна быть в пределах от 30 до 55 %.
Мощность тепловыделения измеряется в ваттах (стандарт, приобретающий всё большее распространение в мире). Совокупное тепловыделение в небольшом помещении с минимальным освещением и небольшой численностью персонала (возможно вообще без него) определяется как сумма тепловыделения ИТ- оборудования, ИБП, электрораспределительной аппаратуры и компонентов системы кондиционирования воздуха. При этом необходимо учитывать, что на каждый ватт потребляемой электрической мощности приходится ватт мощности тепловыделения.
Тепловыделение ИБП и электрораспределительной системы делится на фиксированную и пропорциональную часть. Величина этих потерь практически не зависит от марки и модели оборудования, что позволяет использовать стандартное значение не опасаясь ошибки. Остальные необходимые данные (площадь помещения в квадратных метрах, номинальная мощность оборудования электрической подсистемы и др.) определяются путём измерений.
Инструкция по расчёту тепловыделения коммутационного узла
1. Необходимо собрать данные о мощности потребления/тепловыделения:
- ИТ-оборудования
- ИБП с батареями электрораспределительной аппаратуры
- системы освещения (в случае использования искусственного освещения большую часть времени суток)
2. Важно учесть другие источники тепла:
- тепло, проникающее с солнечными лучами через окна
- тепло, проникающее кондуктивным путём через стены (большинство малых ЦОДов и сетевых узлов не имеет внешних стен или окон, что сводит влияние этих факторов к минимуму)
- персонал в помещении также вносит свой вклад в тепловой баланс
3. Подвести итоги и получить величину необходимой производительности системы охлаждения (удобнее делать в таблице).
Таблица расчетов тепловыделения
Соберите сведения, указанные в колонке «Характеристики», выполните вычисления с учетом коэффициентов в колонке «Расчёт тепловыделения» и занесите результат в колонку «Итоги».
Тепловыделение в серверной для расчета мощности кондиционера
Источник: e1s.ru
Расчет теплового баланса в электротехническом шкафу
Для продолжительной и бесперебойной работы электронного оборудования внутри электротехнического шкафа следует обеспечить надлежащий микроклимат внутри него, то есть постоянно поддерживать тепловой баланс.
Учитывая возможные расходы электроэнергии по поддержанию климата, температура воздуха в +35 о С будет идеальным значением для устройств внутри шкафа. Ниже рассмотрим расчет мощности климатического оборудования, в том числе и на типичных примерах.
Общее уравнение для расчета баланса температуры выглядит так:
Pk = Pv – Pr [Ватт], где
Pk [Ватт] – мощность устройства охлаждения/нагрева.
Pv [Ватт] – потеря тепла от рассеивания.
Pr [Ватт] – теплоизлучение/теплоотдача.
Потеря тепла от рассеивания – тепловая энергия, образующаяся внутри шкафа за счет нагревания работающих приборов.
Чтобы узнать данную величину, следует заглянуть в технические характеристики установленного оборудования, в некоторых из них дано значение тепловых потерь. Для остальных устройств следует принять потери, составляющие примерно 10% от общей мощности потребления (её также можно найти в технических характеристиках). Нужно знать КПД и степень нагрузки для более точного расчета тепловой потери отдельного электротехнического компонента.
К примеру, если КПД частотного преобразователя составляет 95%, то условно 5% от его мощности потребления уходит на нагрев. Если же во время работы этот преобразователь работает на 70% от своего номинала, то мощность его тепловых потерь составит
70 · 5 / 100 % = 3,5 %
Таким образом, тепловая мощность шкафа будет равна сумме тепловых потерь всех устройств установленных в нём.
Теплоизлучение/телоотдача – теплоотдача через корпус электротехнического шкафа (не учитывая коэффициент изоляции). Теплоотдача шкафа рассчитывается по формуле ниже и измеряется в Ваттах:
Pr = k · A · ∆T [Ватт], где
k [Вт/м 2 K] – коэффициент теплоотдачи.
A [м 2 ] – эффективная площадь электротехнического шкафа.
∆T [K] – разница температур воздуха внутри и снаружи шкафа.
Коэффициент теплоотдачи – мощность излучения на 1 м2 площади поверхности. Является постоянной величиной и зависит от материала:
Эффективная площадь поверхности электрошкафа измеряется в соответствии со спецификациями VDE 0660, часть 500. Расчет зависит от расположения шкафа:
Один шкаф, свободно стоящий A = 1,8·H · (W + D) + 1,4 · W · D
Один шкаф, монтируемый на стену A = 1,4 · W · (H + D) + 1,8 · D · H
Крайний шкаф свободно стоящего ряда A = 1,4 · D · (H + W) + 1,8 · W · H
Крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену A = 1,4 · H · (W + D) + 1,4 · W · D
Не крайний шкаф свободно стоящего ряда A = 1,8 · W · H + 1,4 · W · D + D · H
Не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену A = 1,4 · W · (H + D) + D · H
Не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену, под козырьком A = 1,4 · W · H + 0,7 · W · D + D · H
где W — ширина шкафа, H — высота шкафа, D — глубина шкафа, измеряемые в метрах.
Разницу температур воздуха внутри и снаружи шкафа принято измерять в градусах Кельвина (разница температур в Кельвинах равна разнице температур в Цельсиях).
Разницу находят, вычитая из температуры внутри шкафа температуру окружающей среды:
∆T = Ti – Ta, где
Ti – температуры внутри шкафа.
Ta – температура окружающей среды.
Если температура окружающей среды отрицательная, к примеру, Ta = -10 о С, а требуемая внутри шкафа Ti = +35 о С, то
∆T = 35 – (-10) = 35 + 10 = 45 о K
Подставив в общее уравнение формулу по определению теплоотдачи шкафа, общее уравнение теплового баланса примет вид:
Pk = Pv – k · A · ∆T [Ватт]
Положительная величина полученной мощности указывает на то, что следует применять охлаждение, а отрицательная – нагрев.
РАССМОТРИМ ПРИМЕР:
Необходимо установить тепловой баланс отдельно стоящего электрошкафа с размерами 2000x800x600мм, изготовленного из стали, имеющего степень защиты не ниже IP54. Потери тепловой энергии всех компонентов в шкафу составляют Pv = 550 Вт.
В разное время года температура внешней среды может значительно меняться, поэтому рассмотрим два случая.
Рассчитаем поддержание температуры внутри шкафа Ti = +35 о С при внешней температуре
в зимний период: Ta = -30 о С
в летний период: Ta = +40 о С
1. Рассчитаем эффективную площадь электрошкафа.
Поскольку площадь измеряется в м 2 , то его размеры следует перевести в метры.
A = 1,8·H · (W + D) + 1,4 · W · D = 1,8 · 2000/1000 · (800 + 600)/1000 + 1,4 · 800/1000 · 600/1000 = 5,712 м 2
в зимний период: ∆T = Ti – Ta = 35 – (-30) = 65 о K
в летний период: ∆T = Ti – Ta = 35 – 40 = -5 о K
в зимний период: Pk = Pv – k · A · ∆T = 550 – 5.5 · 5.712 · 65 = -1492 Вт.
в летний период: Pk = Pv – k · A · ∆T = 550 – 5.5 · 5.712 · (-5) = 707 Вт.
Для надежной работы устройств по поддержанию климата, их обычно «недогружают» по мощности около 10%, поэтому к расчетам добавляют порядка 10%.
Таким образом, для достижения теплового баланса в зимний период следует использовать нагреватель с мощностью 1600 – 1650 Вт (при условии постоянной работы оборудования внутри шкафа). В тёплый же период следует отводить тепло мощностью порядка 750-770 Вт.
Нагрев можно осуществлять, комбинируя несколько нагревателей, главное набрать в сумме нужную мощность нагрева. Предпочтительнее брать нагреватели с вентилятором, так как они обеспечивают лучшее распределения тепла внутри шкафа за счет принудительной конвекции. Для управления работой нагревателей применяются термостаты с нормально замкнутым контактом, настроенные на температуру срабатывания равную температуре поддержания внутри шкафа.
Для охлаждения применяются различные устройства: вентиляторы с фильтром, теплообменники воздух/воздух, кондиционеры, работающие по принципу теплового насоса, теплообменники воздух/вода, чиллеры. Конкретное применение того или иного устройства обусловлено различными факторами: разницей температур ∆T, требуемой степенью защиты IP и т.д.
В нашем примере в тёплый период ∆T = Ti – Ta = 35 – 40 = -5 о K. Мы получили отрицательную разницу температур, а это значит, что применить вентиляторы с фильтром не представляется возможным. Для использования вентиляторов с фильтром и теплообменников воздух/воздух необходимо, чтобы ∆T была больше или равна 5 о K. То есть чтобы температура окружающей среды была ниже требуемой в шкафу не менее чем на 5 о K (разница температур в Кельвинах равна разнице температур в Цельсиях).
РАССМОТРИМ ДРУГОЙ ПРИМЕР:
Необходимо с помощью расчетов подобрать устройства поддержания микроклимата в шкафу, установленном в помещении. Шкаф изготовлен из стали, степень защиты не ниже IP54, его габариты 2000x800x600мм. Потери тепловой энергии всех приборов известны и составляют Pv = 550 Вт.
Требуется обеспечить внутреннюю температуру в холодный период не ниже Ti = +15 о С, а в летний – не выше Ti = +35 о С.
Внешняя температура равна: в зимний период Ta = 0 о С, в летний период Ta = +30 о С.
Необходимо выполнить следующие действия:
Внутри электрошкафа следует постоянно поддерживать тепловой баланс, используя климатическое оборудование. Рассчитаем мощность климатического оборудования.
Источник: lsys.by
Как выбрать сплит систему, расчет теплопритоков помещения
Необходимо знать каждому.
Как выбрать сплит систему – в наше время очень острый вопрос и далеко не каждая организация может похвастаться специалистами по подбору климатических систем и систем кондиционирования, с бытовыми настенными сплит системами дело обстоит так же. Полагаясь на свои предпочтения либо советы друзей и неквалифицированных менеджеров слушая и говоря: “Да там кухня 8 квадратов, хрущевка обычная, у моего друга Семерка стоит – всю квартиру охлаждает без проблем”, вы можете купить сплит систему и останетесь очень не довольны результатами ее производительности, энергопотребления и долговечности, обращайтесь к специалистам по расчету теплопритоков и точному подбору сплит систем и кондиционеров на ваши нужды и условия.
Выбрать мощность сплит системы по маркировке.
Общепринятая Европейская система классификации мощности по BTU: 7 000 BTU , 9 000 BTU, 12 000 BTU и т. д. BTU (БТЕ) – British Thermal Unit или Британская тепловая единица, 1000(БТЕ/час=293 Вт). Большинство производителей пользуются Британской маркировкой для удобства подбора мощности, так как первые кондиционеры стали использовать в Европе и США, однако сплит системы фирм Daikin, Mitsubishi, Kentatsu, Chigo и многие другие маркируют свои сплит системы по мощности в киловаттах , например Daikin ATXN25MB и цифра 25 означает номинальную холодопроизводительность в 2,5 кВт, что характеризует мощность кондиционера в 9 000 BTU или 9-ка.
Самое главное правило для подбора сплит системы вытекает из расчета тепловыделения, которого складывается из следующих параметров:
– Солнечная радиация проникающая через оконные проемы
– Теплоприток от защитного сооружения (перегородки, стены, потолок, пол, утепление)
– Тепловыделения людей при разных условиях их физической активности
– Тепловыделение от электро и газового оборудования
Расчетная холодопроизводительности должен производиться с условием – холодопроизводительность сплит системы должна привышать суммарный теплоприток помещения на величину от 10 до 20 % в зависимости от региона.
Как детально рассчитать мощность сплит системы для своей комнаты или помещения.
Внешние теплопритоки.
1. Расчет проникающей солнечной радиации через оконный проем с учетом расположения сооружения относительно сторон света.
где qокн – удельная тепловая мощность от солнечной радиации в зависимости от ориентации окна Вт/м2
Выбрать сплит систему рассчитать теплоприток помещения формула точный подбор кондиционера
Источник: www.garantklimat.com
Тепловыделение от электрооборудования расчет
Расчет климата шкафов. Охлаждение электротехнического оборудования.
При конструировании электрооборудования одним из вопросом является обеспечение и поддержание соответствующих условий эксплуатации, необходимых для работы оборудования без ухудшения требуемых технических параметров и уменьшения срока службы. В связи с не соблюдением требований к условиям эксплуатации может также стать вопрос о прекращении гарантийных обязательств по тому или иному оборудованию.
Очень редко электротехническое оборудование устанавливается на открытых панелях, где происходит беспрепятственный теплообмен с окружающей средой. Будь то установка на открытом пространстве либо в закрытом помещении, вопрос о соответствии требуемым нормам эксплуатации всегда остается немаловажным. Речь идет об основных климатических параметрах:
- рабочая температура; (в виду не соблюдения теплового режима в лучшем случае могут ухудшиться выходные характеристики в сравнении с номинальными, в худшем – быстрое старении изоляционных материалов на токоведущих частях с появлением трещин либо просто ее плавление, повышенный износ и выход из строя электроаппаратных средств ввиду реакции протекающих в них физических процессов на повышенную температуру)
- влажность; (известно, что конденсат сам по себе по своей природе не может являть проводником поскольку он и есть дистиллированная вода. Все так, если бы не было в воздухе тех элементов, которые при протекающей без нашего ведома химической реакции превращаются в соли, что и делает сконденсировавшуюся влагу плохим, но проводником, а значит его присутствие на токопроводящих частях необходимо исключить.)
- высота над уровнем моря; (С изменением высоты изменяется атмосферное давление, а значит ухудшаются условия теплообмена. Следовательно, чем больше высота над уровнем моря устанавливаемого оборудования, тем с большей производительностью необходимо организовывать принудительную вентиляцию. )
В случае монтажа оборудования внутри шкафа образуется изолированная среда с параметрами, которые могут отличаться от атмосферных, а отсюда вопрос: «По каким параметрам выбирать корпус, оболочку?». Зачастую при монтаже пользуются практическим опытом и в большинстве случаев с положительным результатом. Тем более что, производители шкафного оборудования оставляют возможность изменить конструкцию подняв верхнюю крышку, установить вентилятор с большей производительностью и т.д. Но вполне очевидно, что потраченное время на этапе проектирования обойдется значительно дешевле нежели время на доработку после, тем более если это будет связано с командировкой или финансовой ответственностью на случай простоя оборудования и т.д.
На самом деле расчет климатизации оборудования не такой уж трудоемкий процесс и совсем не требует глубоких инженерных познаний. При проектировании можно двигаться различными путями, но обычно выбирают необходимую оболочку для имеющегося оборудования в частности для частотного преобразователя, а не наоборот. В области систем микроклимата для шкафов действуют несколько стандартов VDE 0660 часть 500, EN60814, DIN 57660 часть 500, IEC60890(МЭК 890) и являются одной и той же нормой принятой различными институтами. При размещении оборудования в закрытой оболочке сразу же встает вопрос о теплообмене, а значит для проектирования необходимо знать:
- рабочую температуру оборудования
- диапазон температуры окружающей среды, будь то помещение или шкаф предполагается устанавливать на открытом пространстве
- излучаемую мощность от оборудования внутри шкафа
- высоту над уровнем моря предполагаемого места установки
Необходимые указанные данные не являются труднодоступными и нисколько не усложняют проектирование.
Подходит ли выбранная вами оболочка с обеспечением требуемого теплового режима для оборудования или нет? Если нет, то какой производительности требуется система искусственной вентиляции, или какой мощности система кондиционирования возможно в режиме online на сайте.
Для этого необходимо выполнить несколько этапов:
- Ввести данные о габаритах выбранного шкафа (W – ширина, Н – высота, T–глубина)
- Выбрать один из предполагаемых типов установки
- Выбрать один из предложенных материалов шкафа
- Выбрать соответствующую высоту над уровнем моря
- Ввести данные о температуре окружающей среды
- Ввести информацию о мощности рассеиваемой оборудованием в шкафу
Что касается последнего этапа, для частотных преобразователей рассеиваемую мощность берут равной 5% от номинальной. Это значение приблизительно, поскольку не идет речи о конкретном производителе, взято с запасом в большую сторону и является достаточным для расчетов. По сути принцип работы у всех преобразователей один (выпрямитель – звено постоянного тока – инвертор), а основным источником теплового излучения являются именно коммутирующие полупроводниковые элементы в силовой части, процент потерь можно считать общим значением применимым для всех частотных преобразователей. Излучаемая мощность остального оборудования установленного в шкафу является частным случаем и должна просчитываться индивидуально. Информация о рассеиваемой мощности любого установленного оборудования обладающего свойством излучать тепло, указывают в паспортных данных.
Расчет климата шкафов. Охлаждение электротехнического оборудования.
Источник: www.gu-sta.ru
Тепловой расчет
(по материалам журнала “Новости ЭлектроТехники” № 4(82) 2013)
Проведем тепловой расчет кабельной линии с целью определения длительно допустимого тока линии и температуры поверхности кабелей в зависимости от ряда влияющих факторов. Основное внимание сосредоточим на расчетах нормального режима работы кабельной линии, хотя аналогичные вычисления можно выполнить и для случая короткого замыкания в кабельной линии, когда ток короткого замыкания проходит по жиле кабеля и через место повреждения изоляции попадает в экран, нагревая его до значительных температур, достигающих 200-300ºС.
Методика теплового расчета описана в ГОСТ Р МЭК 60287-1-1-2009 (Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки). По мнению автора, система обозначений переменных, заимствованная из МЭК, является неудобной. Поэтому в рамках статьи используем систему обозначений, введенную в книге «Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ» (М.В.Дмитриев.–СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. –152 с.).
На рис.1 схематично показана конструкция силового однофазного кабеля и один из способов его прокладки – в полиэтиленовой трубе, размещенной в грунте. При проведении оценочных расчетов допустимо считать, что кабель расположен в средней части трубы (на самом деле кабель всегда располагается на дне трубы). На рис.1 введены следующие обозначения:
Рис.1. Силовой однофазный кабель, проложенный в полиэтиленовой трубе в грунте.
Тепловой расчет кабеля основан на решении уравнения теплового баланса: выделяющаяся в кабеле активная мощность переходит в тепло, которое нагревает кабель и окружающий его грунт. При рассмотрении этого уравнения и его составляющих будем полагать, что тепло отводится от кабеля только в радиальном направлении, а отвода тепла вдоль оси кабеля и трубы, в которой он проложен, не происходит (такой отвод был бы возможен только для очень короткого кабеля). Следовательно, уравнение и все его составляющие не зависят от длины кабельной линии и могут быть даны в расчете на 1 метр его длины.
Тепловыделение
Основными источниками тепловыделения в кабеле являются потери в жиле РЖ и потери в экране РЭ:
IЖ и IЭ – токи в жиле и экране кабеля;
RЖ и RЭ – активные сопротивления жилы и экрана, которые зависят от температуры и могут быть найдены как:
rЖ и rЭ – удельные активные сопротивления материала жилы и экрана при температуре Т20 = 20°C (для меди это 1,72 · 10–8 Ом·м);
aЖ и aЭ – температурные коэффициенты сопротивления материала жилы и экрана (для меди это 0,0039);
FЖ и FЭ – сечение жилы и экрана;
ТЖ и ТЭ – температура жилы и экрана.
Также потери в экране могут быть выражены через относительные потери PЭ / PЖ, определенные, например, по методике [Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ.–СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. –152 с]
РЭ / РЖ > 0 в случае простого заземления экранов с двух сторон кабеля (рис. 2а);
РЭ / РЖ = 0 в случае заземления экранов с одной стороны (рис. 2б) или в случае их транспозиции (рис. 2в).
Рис.2. Основные схемы заземления экранов кабельных
линий с однофазными кабелями 6–500 кВ:
а – заземление с двух сторон;
б – заземление с одной стороны;
в – транспозиция экранов
Дополнительным источником тепловыделения в кабеле являются потери в диэлектрике:
CИ – емкость изоляции между жилой и экраном кабеля;
UНОМ – номинальное напряжение сети;
tgδИ – тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции (для сшитого полиэтилена это 0,001);
ε – диэлектрическая постоянная изоляции кабеля (для сшитого полиэтилена это 2,4);
ε0 = 8,85 · 10–12 Ф/м – диэлектрическая постоянная вакуума;
ω = 314 рад/с – круговая частота.
Теплопоглощение
Выделяющееся тепло через изоляцию И кабеля, оболочку О, воздух В в трубе и саму трубу Т уходит в окружающий грунт Г, встречая на своем пути тепловое сопротивление этих слоев:
ρи, ρо, ρв, ρт, ρг – соответствующие удельные тепловые сопротивления;
h – глубина, на которой проложен кабель.
В трехфазных сетях прокладывают трехфазные группы однофазных кабелей, что для каждой из фаз ухудшает условия отвода тепла в грунт. Это можно учесть, считая для каждой из фаз тепловое сопротивление грунта в три раза большим, чем оно было бы при наличии только одной фазы кабеля (рис. 3).
Уравнение теплового баланса
Итоговая тепловая схема для расчета температуры одной фазы трехфазной кабельной линии дана на рис.4. Влияние двух других фаз учтено заменой RГ на 3RГ.
Рис.4. Расчетная схема теплового баланса кабельной линии
TK – температура поверхности однофазного кабеля;
TГ – температура грунта (обычно принимается равной 20°C);
КП – коэффициент, учитывающий рост потерь в жиле кабеля за счет поверхностного эффекта (для медной жилы указан в табл.1).
Таблица 1. Коэффициент поверхностного эффекта KП для медной жилы сечением FЖ
С помощью рис. 4 несложно записать уравнения теплового баланса (по аналогии с законом Ома для электрической цепи).
Выражение с температурой жилы:
Выражение с температурой поверхности кабеля:
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
Определение допустимого тока кабеля по предельной
температуре жилы 90 °C
Для изоляции из сшитого полиэтилена, которая наиболее часто применяется для современных однофазных кабелей 6–500 кВ, длительно допустимая температура не должна превосходить 90°C. Приняв температуру жилы кабеля ТЖ = 90°C, из уравнения теплового баланса (1) найдем длительно допустимый ток кабеля:
Пример расчета. Пусть трехфазная группа однофазных кабелей 110 кВ с медными жилой 1000 мм2 и экраном 240 мм2 проложена в расположенных сомкнутым треугольником трубах диаметром 225 мм с толщиной стенки 10 мм.
Удельные тепловые сопротивления изоляции и оболочки кабеля приняты ρи = 3,5 и ρо = 3,5 К·м/Вт.
Результаты расчетов допустимого тока (3) сведены в табл. 2 в зависимости от основных влияющих факторов: схемы соединения и заземления экранов (наличия потерь в экранах), а также удельного теплового сопротивления грунта, которое на практике меняется в широком диапазоне значений ρг = 1÷3 К·м/Вт. В случаях I, II труба отсутствует, фазы кабеля проложены в открытом грунте вплотную друг к другу (I) или на расстоянии 225 мм (II). При этом при вычислениях по (3) удельные тепловые сопротивления ρв и ρт приняты такими же, как ρг, что как раз и означает отсутствие воздуха В и полиэтиленовой трубы Т.
В случае III фазы кабеля проложены в трубах, расположенных сомкнутым треугольником, расстояние между осями фаз составляет 225 мм. Удельные тепловые сопротивления воздуха и трубы приняты ρв = 10 и ρт = 3 К·м/Вт.
Удельное тепловое сопротивление железобетонного лотка составляет около 2 К·м/Вт, что близко к свойствам грунта. Поэтому выводы, которые можно будет сделать на основе анализа случая I из табл. 2, в полной мере относятся не только к прокладке кабеля в грунте, но и к прокладке кабеля в железобетонных лотках.
Результаты расчетов по (3) неплохо совпадают, например, с каталогом фирмы АВВ, где в случае прокладки кабелей 1000/240 мм2 с транспонированными экранами сомкнутым треугольником в грунте допустимые токи при тепловом сопротивлении грунта 1,2 и 3 К·м/Вт составляют соответственно 1095, 810, 668 А.
В каждом из случаев I, II, III даны допустимые токи для кабеля без потерь в экранах (рис. 2б, 2в) и с потерями (рис. 2а), а также эти же токи в относительных единицах (за 1 о.е. принят ток для кабеля без потерь в экранах). Такие относительные значения допустимых токов по сути представляют собой коэффициент использования пропускной способности кабеля, который здесь вычисляется с учетом всех тепловых характеристик трассы, а в [Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ.–СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. –152 с] упрощенно оценивался без них как:
Из табл. 2 видно, что простое двустороннее заземление экранов заметно снижает допустимый ток кабеля:
– на 27–29% (снижение от 1,0 о.е. до 0,71 – 0,73) в случае I;
– на 44–46% в случае II;
– на 45–46% в случае III.
Таблица 2. Длительно допустимый ток IД90 по (3) трехфазной группы однофазных кабелей 110 кВ с медной жилой 1000 мм2 и экраном 240 мм2, отвечающий температуре жилы 90°С, а также возникающая при этом температура поверхности кабеля TK по (2), в зависимости от основных влияющих факторов.
Примечание. В скобках даны относительные значения допустимых токов IД90 (за 1 о.е. принят ток для схем, приведенных на рис. 2б и 2в).
Следовательно, можно сделать вывод, что при прокладке фаз кабельной линии на расстоянии друг от друга (II, III) заземление экранов с двух сторон недопустимо, обязательно требуется или их одностороннее заземление, или их транспозиция. В частности, эти мероприятия нужны при прокладке фаз кабеля в трубах (III).
Также видно, что прокладка фаз кабельной линии в трубах (III) несколько снижает допустимый ток по сравнению с прокладкой в открытом грунте (I):
– при ρг = 1 К·м/Вт – на 24% (с 1108 до 841 А);
– при ρг = 2 К·м/Вт – на 14% (с 819 до 703 А);
– при ρг = 3 К·м/Вт – на 9% (с 678 до 615 А).
Анализ расчетов табл. 2 позволяет сделать вывод, что основной причиной снижения пропускной способности линий с однофазными кабелями 6–500 кВ является вовсе не их прокладка в полиэтиленовых трубах, а отсутствие мероприятий по борьбе с токами и потерями в экранах – одностороннего заземления экранов или транспозиции экранов. При прокладке кабелей в трубах схемы заземления экранов рис. 2б и рис. 2в оказываются незаменимы.
Определение допустимого тока кабеля по предельной температуре поверхности кабеля 40 °C
В табл. 2 представлены результаты расчетов температуры на поверхности фазы кабеля по (2), куда подставлен предельно допустимый ток по (3). Как видно, температура поверхности кабеля достигает 80°C и даже более.
Для упрощения расчетов температура поверхности кабеля определялась для случая, когда кабель размещен в середине трубы и не касается ее стенок (рис. 3). На практике кабель лежит на дне трубы и передает ей температуру своей поверхности. Для ПНД труб, применяемых для прокладки кабеля и рассчитанных на 40°C, такая высокая температура недопустима.
Близкая к 80°C температура поверхности кабеля, лежащего на дне трубы, получена также и в работе [Титков В.В., Дудкин С.М. Влияние способов прокладки на температурный режим кабельных линий 6-10 кВ и выше //«Новости Электротехники», №3(75), 2012 г.], авторы которой выполняли тепловой расчет при помощи специального программного обеспечения.
Определим длительно допустимый ток кабельной линии, исходя из условия, что температура поверхности кабеля не превысит 40°C. Приняв температуру поверхности кабеля ТК = 40°C, из уравнения (2) найдем этот ток:
Считая, что для кабельной линии, проложенной в трубах, меры по борьбе с паразитными токами в экранах являются обязательными, расчеты по (4) проведены при условии отсутствия потерь в экранах, а их результаты даны в табл. 3.
Таблица 3. Длительно допустимый ток трехфазной группы однофазных кабелей 110 кВ с медной жилой 1000 мм2 и экраном 240 мм2 в зависимости от основных влияющих факторов. Приняты меры борьбы с токами в экранах (транспозиция экранов или их одностороннее заземление)
Примечание. В скобках даны относительные значения допустимых токов IД90, IД40 (за 1 о.е. принят ток для случая прокладки в грунте или лотке).
Из табл. 3 видно, что обеспечение требований ГОСТ к условиям эксплуатации ПНД труб (критерий 40 °C) приводит к снижению пропускной способности кабельной линии на 52–58% по сравнению со случаем прокладки фаз в открытом грунте. Тогда как применение термостойких труб, допускающих длительное воздействие температуры 80°C, которая имеется на поверхности кабеля при температуре жилы 90 °C, давало бы снижение пропускной способности лишь на 9–24%.
Следовательно, для прокладки кабельных линий 6–500 кВ с однофазными кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена возможность применения ПНД-труб следует переосмыслить. В кабельном строительстве требуется использование таких труб, которые, в отличие от ПНД, допускают длительное воздействие температуры не менее 80°C.
Термостойкие трубы для прокладки кабельных линий
В настоящее время на рынке уже имеются термостойкие трубы, которые могли бы заменить ПНД в кабельном строительстве. В качестве примера в табл. 4 приведены некоторые из них.
Таблица 4. Существующие на рынке полимерные трубы и возможность их использования для прокладки однофазных кабелей 6–500 кВ
Трубы ProtectorFlexтм, PEX, PB не будут размягчаться и слипаться с кабелями, не потеряют механической прочности не только в нормальном установившемся режиме работы сети, но и при коротких замыканиях в кабеле.
Заключение
1. К снижению пропускной способности кабельных линий с однофазными кабелями 6–500 кВ приводят паразитные токи и потери мощности в экранах, а также прокладка фаз в полиэтиленовых трубах.
2. Основной причиной снижения пропускной способности кабельных линий 6–500 кВ является отсутствие мероприятий по борьбе с токами в экранах – заземления экранов с одной стороны или транспозиции экранов.
3. Прокладка кабельных линий в трубах не является основной причиной снижения их пропускной способности.
4. Применяемые в настоящее время для прокладки кабельных линий 6–500 кВ полиэтиленовые трубы низкого давления (ПНД) не годятся для этих целей, так как являются трубами холодного водоснабжения и рассчитаны на длительную работу в температурном диапазоне до 40°C, что существенно меньше тех температур, которые могут возникать на поверхности кабеля.
5. Следует приостановить применение ПНД-труб для прокладки кабельных линий с однофазными кабелями 6–500 кВ и рассмотреть применение для этих целей труб типа ProtectorFlex ® , PEX, PB или иных, которые будут удовлетворять требованиям по температуре, гибкости, механической прочности и проч.
На сайте ПротекторФлекс представлена исчерпывающая инструкция, как произвести тепловой расчёт кабельной линии. У нас нет от вас никаких секретов.
Источник: protectorflex.ru
Станьте первым!