Определение площади сечения секторных жил
В силовых кабелях большого сечения жилы, как правило, используют не круглого, а секторного сечения. В зависимости от назначения кабеля он может содержать 3 или 4 жилы. В которых 3 жилы содержит кабель 6 - 10 кВ (фазы А, В, С), а 4 жилы кабель до 1 кВ (те же А, В, С и нейтраль N). Соответственно, для эффективного заполнения объёма кабеля геометрия секторных жил для высоковольтных и низковольтных кабелей разная.
Секторные жилы (высоковольтный - 3, низковольтный - 4)
Определить геометрическое сечение секторной жилы можно разными способами: по таблицам, из площади сектора, из объёма отрезка жилы и по весу.
Таблицы определения сечения секторных жил
В настоящее время в Интернет распространены две таблицы соотношений сечений и геометрических размеров кабельных жил. Во многом они похожи, но есть и расхождения. Вероятнее всего эти таблицы составлены путём непосредственных измерений ширины и толщины.
Таблица 1
| Назначение и конструкция кабеля | Высота h ширина b | Высота и ширина сектора, для жил сечением, мм² | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 35 | 50 | 70 | 95 | 120 | 150 | 185 | 240 | |||
| Трехжильные однопроволочные, 1-10 кВ | h, мм | 5,5 | 6,4 | 7,6 | 9 | 10,1 | 11,3 | 12,5 | 14,4 | |
| b, мм | 9,2 | 10,5 | 12,5 | 15 | 16,6 | 18,4 | 20,7 | 23,8 | ||
| Трехжильные многопроволочные, 1-10 кВ | h, мм | 6 | 7 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13,2 | 15,2 | |
| b, мм | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 25 | ||
| Четырехжильные однопроволочные, 1 кВ | h, мм | - | 7 | 8,2 | 9,6 | 10,8 | 12 | 13,2 | - | |
| b, мм | - | 10 | 12 | 14,1 | 16 | 18 | 18 | - | ||
Таблица 2
| Секторные жилы для 3-х жильных кабелей | Секторные жилы для 4-х жильных кабелей | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Номинальное сечение S, мм² | Однопровол. | Многопровол. | Номинальное сечение S, мм² | Однопровол. | Многопровол. | |||||
| h, мм | b, мм | h, мм | b, мм | h, мм | b, мм | h, мм | b, мм | |||
| 25 | 4,6 | 7,7 | • | • | 25 | 5,2 | 7,2 | • | • | |
| 35 | 5,5 | 9,0 | • | • | 35 | 6,1 | 8,4 | • | • | |
| 50 | 6,4 | 10,5 | • | • | 50 | 7,1 | 9,8 | • | • | |
| 70 | 7,6 | 12,5 | 8,3 | 13,0 | 70 | 8,7 | 12,0 | 9,2 | 12,0 | |
| 95 | 9,0 | 14,8 | 9,8 | 15,5 | 95 | 10,1 | 14,1 | 11,0 | 14,6 | |
| 120 | 10,1 | 16,6 | 11,0 | 17,5 | 120 | 11,4 | 15,8 | 12,3 | 16,3 | |
| 150 | 11,2 | 18,4 | 12,6 | 20,1 | 150 | 12,8 | 17,7 | 13,7 | 18,3 | |
| 185 | 12,6 | 20,7 | 14,0 | 22,9 | 185 | 14,2 | 19,7 | 15,4 | 20,7 | |
| 240 | 14,4 | 23,9 | 16,0 | 26,5 | 240 | • | • | 17,4 | 24,3 | |
Относится к этим данным как к обязательным нельзя, так как геометрия секторных жил, как впрочем, и реальное сечение не нормируется. Нормируется электрическое сопротивление (ГОСТ 22483-2012)
Пример.
Замеряем толщину жилы по высоте и ширине. Полученные значения в 18,3 и 11,2 мм ищем по таблицам. Жила однопроволочная от трёхжильного (высоковольтного) кабеля. Наиболее близки в таблице 2 значения 11,2; 18,4 мм. Это соответствует сечению в 150 мм².
Расчёт сечения жилы из площади сектора
Метод расчёта площади сечения жилы по площади сектора основан на том, что сечение комплекта секторных жил сложенных вместе представляет собой круг. Соответственно толщина одной жилы r является радиусом этого круга. Остаётся только разделить площадь круга на количество жил или на отношение угла сектора α к 360°.
(1)
где
π – 3.14…
α – угол сектора круга
n – количество жил в сердечнике кабеля
Точность этого метода сомнительна, так как реальный срез секторной жилы не совсем гометрический сектор. Все углы проводника закруглены, и толщина жилы меньше радиуса круга. Чтобы убедится в неточности метода расчёта через сектор можно сравнить площади сечения, полученные с его помощью, и табличные данные (таблицы 3 и 4 ↓ ↓ ↓).
Таблица 3
| Толщина кабельной жилы, мм | 5,5 | 6,4 | 7,6 | 9 | 10,1 | 11,3 | 12,5 | 14,4 |
| 31,7 | 42,9 | 60,5 | 84,8 | 106,8 | 133,7 | 163,6 | 217,1 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Площидь сечения по таблице 1, мм² | 35 | 50 | 70 | 95 | 120 | 150 | 185 | 240 |
| Отношение табличного значения к расчётному | 1,10 | 1,17 | 1,16 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,13 | 1,11 |
| Средняя поправка к формуле 2 ( | 1,13 | |||||||
Таблица 4
| Толщина кабельной жилы, мм | 7 | 8,2 | 9,6 | 10,8 | 12 | 13,2 |
| 38,5 | 52,8 | 72,4 | 91,6 | 113,1 | 136,8 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Площидь сечения по таблице 1, мм² | 50 | 70 | 95 | 120 | 150 | 185 |
| Отношение табличного значения к расчётному | 1,3 | 1,33 | 1,31 | 1,31 | 1,33 | 1,35 |
| Средняя поправка к формуле 2 ( | 1,32 | |||||
Не смотря на серьезные отклонения в значениях метод можно использовать. Для того, что бы получить адекватные результаты достаточно умножить значение полученные в формуле 1 на коэффициент полученный в таблицах 3 и 4. Итоговая формула будет выглядеть так:
(2)
где:
k – коэффициент из таблиц 3 или 4 («1,13» для трёхжильного и «1,32» для четырёхжильного кабеля);
r – толщина жилы;
n – количество жил в сердечнике
Способ расчёта хорош для более редких кабелей с секторными жилами на 2, 5 или 6 проводников. Для двухжильного кабеля в расчёте площади сечения k ≈ 1k = 1,4 … 1,6
Расчёт сечения по объёму
В основе метода закон Архимеда. Этот метод позволяет измерить площадь сечения любого профиля: швеллера, уголка, жилы кабеля и т.п. Для измерений нужен сосуд с делениями в миллилитрах достаточного объёма (мензурка, мерный стакан) и линейка.
Исследуемый отрезок жилы помещается в мерный стакан и заливается водой до полного погружения образца. По шкале на стакане определяется объём V1. Предположим, 200 миллилитров. Отрезок кабельной жилы вынимается из воды. Воде с него дают стечь обратно в стакан. Проверяется объём жидкости без образца. Предположим, уровень V2 = 185 миллилитров. То есть наш образец имеет объём мл)мм³.
Измерение L
Далее линейкой или штангенциркулем измеряем длину исследуемой жилы в миллиметрах (L). Для примера L = 60 мм. Формула расчёта S = V / LS = 15000 / 60 = 250 (мм²)
Можно измерить объём в другой последовательности. Сначала залить воду и измерить её объём V1. Затем погрузить в неё жилу и замерить V2. Такая последовательность будет более точной, так как будет отсутствовать погрешность от воды, остающейся на мокром металле в первом варианте.
Метод может давать ошибку в многопроволочных жилах, так как между отдельными проволоками, вероятно, останутся воздушные пузыри. В таком случае лучше разобрать проводник на отдельные проволоки и погрузить их в воду россыпью.
И в первом и во втором случае воздушные пузыри в воде нужно стряхивать.
Форма расчёта сечения по длине и весу
Потребуются достаточно точные весы и рулетка.
Метод основан на расчёте сечения из длины, массы и табличной плотности металла жилы. Формула плотности ρ = m / V.V = m / ρ
Измерив длину жилы из объёма (V = S · LS = V / L
Измерение L