Расчет минимально допустимых сечений токопроводящих жил


На токопроводящие жилы распространяется ГОСТ 22483-77 «Жилы токопроводящие медные и алюминиевые для кабелей, проводов и шнуров. Основные параметры. Технические требования».

ГОСТ не распространяется на жилы кабелей связи, обмоточных проводов, проводов неизолированных для ЛЭП, кабелей и проводов специального назначения (импульсные, грузонесущие, геофизические и т.п.).

В ГОСТ установлены 6 классов жил разной степени гибкости. Классы 1 и 2 – для кабелей и проводов стационарной прокладки, классы 3 – 6 – для гибких кабелей, проводов и шнуров нестационарной прокладки и стационарной прокладки, требующей повышенной гибкости при монтаже.

В таблицах для классов 1 и 2 установлены номинальное сечение жилы, минимальное число проволок в жиле и максимальное электросопротивление 1 км жилы.

В таблицах для классов 3 – 6 установлены номинальное сечение жилы, максимальный диаметр проволок жилы и максимальное электросопротивление 1 км жилы.

Номинальное сечение жилы проверке не подлежит, в ГОСТ указано, что это справочная величина. Каких-либо ограничений по фактическому сечению жилы в ГОСТ не установлено. В пункте 1.4а ГОСТ указано: «Фактическое сечение жил может отличаться от номинального при соответствии электрического сопротивления требованиям настоящего стандарта». При производстве и входном контроле у потребителя фактическое сечение жилы в кабельном изделии проверяется косвенно через электросопротивление.

Принципы нормирования и уровень требований ГОСТ 22483-77 полностью соответствуют стандарту МЭК 60228:2004 и европейскому стандарту EN 60228:2005 на токопроводящие жилы (фактическое сечение жил не нормируется и не проверяется).

Далее рассмотрены вариации фактического сечения жил на примерах кабеля силового марки ВВГ по ГОСТ 16442-80 с одной медной жилой класса 1 номинальным сечением 2,5; 4,0; 6,0; 10,0 мм2, провода самонесущего для ответвлений от ВЛ к вводу и для прокладки по стенам зданий марки СИП-4 по ТУ 16-705.500-2006 с 2 и 4 алюминиевыми жилами класса 2 номинальным сечением 16,0 мм2 и провода соединительного марки ПВС по ГОСТ 7399-97 с 2 – 5 медными жилами класса 5 номинальным сечением 1,0; 1,5; 2,5 мм2.

Расчеты проведены на основании выражения для электросопротивления жилы на длине 1 км:


(1)
R =   ρ · L   · K1 · K2 , Ом,

S

где:

ρ - удельное электросопротивление металла жилы, Ом · мм2/м;

L - длина жилы, равная 1000 м;

S - сечение жилы, мм2;

K1 - коэффициент укрутки проволок жилы по РД 16.405-87 «Расчет масс материалов кабельных изделий» (таблица 6);

K2 - коэффициент укрутки жил в кабеле, проводе, шнуре по РД 16.405-87 (таблицы 7 и 8).


1. Кабель марки ВВГ

Исходные данные:

- катанка медная класса В по ТУ16-705.491-2001 как материал для изготовления жилы;

- удельное электросопротивление меди ρ = 0,01724 Ом · мм2/м (как для проволоки марки ММ по ТУ16-705.492-2005);

- коэффициенты укрутки K1 и K2 =1,000 (одножильный кабель);

- электросопротивление 1 км жилы:


(2)
R =   ρ · L   · K1 · K2  =  17,24  , Ом.

S S

Результаты расчетов по кабелю марки ВВГ, проведенные по формулам:


(3)
Rрасч. =   17,24   , Ом,

Sном.

(4) ΔR = RГОСТ - Rрасч. , Ом,


(5)
Smin =   Sном. · Rрасч.   , мм2,

RГОСТ


(6)
ΔS =   Sном. · Rрасч.   · 100%,

Sном.

приведены в таблице 1.


Таблица 1

Номинальное сечение жилы,
Sном., мм2
Максимальное эл.сопротивление по ГОСТ 22483-77,
RГОСТ, Ом
Расчетное эл.сопротивление по номинальному сечению,
Rрасч., Ом
Запас по эл. сопротивлению,
ΔR, Ом
Расчетное минимальное сечение жилы по максимальному эл. сопротивлению,
Smin, мм2
Максимальное снижение сечения,
ΔS, %
2,5 7,41 6,90 0,51 2,33 6,8
4,0 4,61 4,31 0,30 3,74 6,5
6,0 3,08 2,87 0,21 5,60 6,7
10,0 1,83 1,72 0,11 9,40 6,0

Таким образом, соблюдая требования по электросопротивлению, фактическое сечение однопроволочной жилы класса 1 одножильного кабеля марки ВВГ для указанных сечений может быть ниже номинальных сечений не более чем на 6,0 – 6,8 %.

Эти же результаты могут быть распространены на плоский кабель с параллельно уложенными однопроволочными жилами марки ВВГ-П с числом жил 2 и 3.


2. Провод марки СИП-4

Исходные данные:

- катанка алюминиевая марки АКЛП-ПТ по ГОСТ 13843-78 как материал для изготовления проволоки жилы;

- проволока алюминиевая круглая для проводов воздушных линий электропередачи марки АВЛ по ТУ 16-705.472-87;

- удельное электросопротивление алюминиевой проволоки марки АВЛ – не более 0,028264 Ом · мм2/м (установлено в ТУ16-705.472-87);

- коэффициенты укрутки по таблице 6 упомянутого РД (K1) и по таблице 8 и примечанию 1 к таблице 8 (K2):

Примечание – Для проводов типа СИП коэффициент укрутки K2 из-за больших шагов скрутки жил мал и незначительно зависит от конструкции провода.

- электросопротивление 1 км жилы:


(7)
R =   ρ · L   · K1 · K2  =  28,264  · K1 · K2  , Ом.

S S

Результаты расчетов, проведенные по методике, аналогичной изложенной в п.1 по формулам (3) – (6) (но с учетом коэффициентов укрутки по таблицам 6 и 8 упомянутого РД), приведены в таблице 2.


Таблица 2

Число и номинальное сечение жилы,
Sном., мм2
Максимальное эл.сопротивление по ГОСТ 22483-77,
RГОСТ, Ом
Произведение коэф. укрутки
К1·К2
Расчетное эл.сопротивление по номинальному сечению и К1, К2,
Rрасч., Ом
Запас по эл. сопротивлению,
ΔR, Ом
Расчетное минимальное сечение жилы по максимальному эл. сопротивлению,
Smin, мм2
Максимальное снижение сечения,
ΔS, %
2х16,0 1,91 1,020 1,802 0,108 15,09 5,7
4х16,0 1,91 1,021 1,804 0,106 15,11 5,6

3. Провод марки ПВС4


Результаты расчетов, проведенные по методике, аналогичной изложенной в п.1 по формулам (3) – (6) (но с учетом коэффициентов укрутки по таблицам 6 и 7 упомянутого РД), приведены в таблице 3.


Таблица 3

Номинальное сечение жилы,
Sном., мм2
Максимальное эл.сопротивление по ГОСТ 22483-77,
RГОСТ, Ом
Произведение коэф. укрутки
К1·К2
Расчетное эл.сопротивление по номинальному сечению и К1, К2,
Rрасч., Ом
Запас по эл. сопротивлению,
ΔR, Ом
Расчетное минимальное сечение жилы по максимальному эл. сопротивлению,
Smin, мм2
Максимальное снижение сечения,
ΔS, %
1,0 19,5 1,053 18,15 1,35 0,93 7,0
1,5 13,3 1,053 12,10 1,20 1,36 9,3
2,5 7,98 1,053 7,26 0,72 2,27 9,2

Таким образом, соблюдая требования по электросопротивлению, фактическое сечение многопроволочных жил класса 5 провода марки ПВС для указанных сечений может быть ниже номинальных сечений не более чем на 7,0 – 9,3 %.

Приведенная методика расчета может использоваться для определения допустимых значений сечения жил (допустимые отклонения) при контроле в процессе производства при условии обеспечения соответствия жил требованию по электросопротивлению.

Технологическая документация должна быть составлена таким образом, чтобы все требования стандартов и ТУ на продукцию, в том числе требования по электрическому сопротивлению токопроводящей жилы, обеспечивались в ходе производственного процесса изготовления продукции.

В приложении А приведены рекомендации по расчету минимальных значений удельных масс и диаметров токопроводящих жил при их установлении в технических условиях на конкретные кабельные изделия.


Приложение А


Рекомендации по расчету минимально допустимых значений удельных масс и диаметров токопроводящих жил кабельных изделий

Для конкретных кабельных изделий, поступающих в розничную торговлю, когда нет возможности проверить соответствие фактического сечения жил измерением их электросопротивления, можно применить простые для приобретателей и контролирующих органов способы косвенной проверки фактического сечения жил изделий непосредственно в зоне их продажи (приобретения) на основании минимально допустимых значений удельных масс и диаметров токопроводящих жил, если они установлены в технических условиях на эти изделия.

Расчеты следует проводить с точностью до третьей значащей цифры после запятой, с требуемым округлением конечных значений.


А.1   Расчет минимально допустимых удельных масс токопроводящих жил

Удельную массу жил на единицу длины кабельного изделия для указанных выше проверок выражают в килограммах.

Минимально допустимую массу одного метра жилы, полученного при разборке кабельного изделия, без выпрямления неровностей жилы, вызванных скруткой в сердечник, mmin , кг, определяют по следующим выражениям:

mmin =   πd 2min    · n · γ · K1 · K2 · L · K mзап. · 10 - 3 ;

4

dmin =   4Smin   ;

π

Smin =   ρ · L · K1 · K2 · 10 3 ,

RГОСТ

где:

dmin - минимально допустимый диаметр проволоки жилы, мм;

n - число проволок в жиле;

γ - плотность металла жилы, г/см3 (для меди – 8,89; для алюминия – 2,70 и т.п.)

K1 , K2 - см. стр. 2, выражение (1); для однопроволочных жил K1 = 1;

L - длина жилы в составе кабельного изделия, равная 1 м;

K mзап. - коэффициент запаса по минимальной массе, который устанавливается разработчиком технической или технологической документации с учетом особенностей изделий и технологии их изготовления (предварительное значение может быть выбрано, например в диапазоне 1,010 ÷ 1,015, т.е. запас по сечению, а значит и по массе в 1,0 – 1,5 %).

Smin - расчетное минимально допустимое сечение жилы по максимальному электросопротивлению, мм2;

ρ - удельное электросопротивление металла жилы, Ом · мм2/м;

RГОСТ - максимальное электросопротивление жилы на длине 1 км по ГОСТ 22483-77, Ом.


А.2   Расчет минимально допустимых диаметров токопроводящих жил (только для однопроволочных жил)

Расчет минимально допустимых диаметров для указанных выше проверок проводят только для однопроволочных жил в составе одножильных круглых, одножильных плоских, многожильных круглых кабелей или проводов.

Минимально допустимый диаметр Dmin , мм, определяют по следующим выражениям:

Dmin =   4Smin   · K Dзап.  ;

π
Smin =   ρ · L · K1 · 10 3 .

RГОСТ

   Расшифровка приведенных величин указана в п. А.1. Коэффициент запаса по минимальному диаметру жилы K Dзап. устанавливается на основании статистических данных изготовителя по результатам контроля электросопротивления и диаметра жил, и может быть несколько ниже значений K mзап. , приведенных в п. А.1.



^ Наверх