کابل و استاندارد های آن درشبکه توزیع
برای بهره برداری اقتصادی از کابل ها، انتخاب بهینه سطح مقطع از اهمیت خاصی برخوردار است. در این جزوه عوامل مؤثر در انتخاب کابل مورد بررسی قرار می گیرند ، لازم به ذکر است که برای انتخاب بهینه سطح مقطع محاسبه تلفات و محاسبه اقتصادی نیز لازم می باشد که در این قسمت به آن پرداخته نشده است.
معیارهای انتخاب کابل را می توان به صورت زیر تقسیم بندی نمود:
الف) ولتاژ نامی.
ب) انتخاب سطح مقطع با توجه به جریان دهی کابل.
پ) در نظر گرفتن افت ولتاژ مجاز.
ت) تحمل جریان اتصال کوتاه توسط کابل.
ولتاژ نامی
ولتاژ نامی کابل بایستی متناسب با سیستمی که کابل در آن مورد استفاده قرار می گیرد باشد. با توجه به جلد اول و دوم استاندارد کابل های مورد استفاده در شبکه توزیع این ولتاژ بایستی مطابق جدول 2-1 می باشد.
U0 کیلو ولت (r.m.s)
19
12
35/6
6/0
U0 کیلو ولت (r.m.s)
33
20
11
1
Um کیلو ولت
36
24
12
ظرفیت جریان دهی کابل ها
در این قسمت عوامل مؤثر بر جریان دهی کابل ها مورد بررسی قرار گرفته و جداول مربوطه ارائه می گردد.
مهم ترین مرجع به کار رفته در این قسمت ، استاندارد IEC-287 تحت عنوان "محاسبه جریان نامی پیوسته کابل ها در ضریب بار 100 درصد" می باشد که در هر قسمت که به اطلاعات کامل تری نیاز بود ملاک استاندارد فوق می باشد.
تعیین حد مجاز جریان کابل ها به تلفات ایجاد شده در کابل و نحوه انتقال گرمای ایجاد شده به سطح کابل و محیط اطراف بستگی دارد. استاندارد IEC-287 با در نظر گرفتن تلفات ایجاد شده در کابل و مقاومت حرارتی لایه های مختلف کابل و زمین در شرایط مشخص ، حد مجاز جریان را به دست می دهد در این قسمت از جزوه فرض بر این است که مقدار جریان مجاز کابل ها در شرایط مشخص توسط کارخانه سازنده مشخص گردد. (این حد مجاز بایستی در اسناد فنی مناقصه آورده شود) ، در صورتی که اطلاعات مربوطه در دسترس نباشد می توان از جداول پیوست – الف و ب استفاده نمود.
عوامل مؤثر در ظرفیت نامی جریان کابل
عوامل مهم مؤثر در ظرفیت نامی جریان کابل را می توان به گروه های زیر تقسیم نمود:
الف) دما
دما از عوامل مهم تعیین ظرفیت نامی جریان کابل می باشد که شامل دمای محیط ، دمای محل نصب و نیز دمای مجاز برای عایق کابل و ساختار آن می باشد.
ب) طرح کابل
علاوه بر دمای مجاز عایق کابل ، نوع طراحی کابل و لایه های مختلف به کار رفته در آن ، در تعیین جریان مجاز دارای اهمیت می باشند. این لایه ها چگونگی انتقال حرارت از هادی به سطح بیرونی کابل را مشخص می کنند.
پ) شرایط نصب
شرایط نصب از قبیل نصب در هوا ، دفن شده در زمین ، در مجرا ، نوع خاک و ... از عوامل مؤثر بر جریان دهی کابل ها می باشند.
ت) اثرات کابل های مجاور
در صورت همجواری کابل با سایر کابل ها یا لوله ها بایستی ضرایب مناسب برای کاهش جریان مجاز کابل در نظر گرفت.
الف) دما
1- دمای محیط
متوسط دمای محیط برای هر کشور و هر منطقه متفاوت می باشد که به شرایط آب و هوایی منطقه ، شرایط نصب کابل بستگی دارد. در استاندارد IEC-287 دمای محیط اطراف کابل برای چندین کشور آمده است ، در اسن استاندارد برای سایر کشورها به طور تقریبی اعداد جدول 3-1 پیشنهاد شده است.
شرایط آب و هوا
درجه حرارت محیط
درجه حرارت در عمق یک متری
حداقل
حداکثر
حداقل
حداکثر
حاره ای
25
55
25
40
نیمه حاره ای
10
40
15
30
معتدل
0
25
10
20
جدول 3-1 دمای محیط و زمین بر حسب درجه سانتیگراد
مقادیر جدول فوق تقریبی بوده و بایستی به هنگام استفاده از آن دقت کافی به عمل آورد. حدود نامی جریان کابل بایستی برای بن=دترین شرایط در سرتاسر سال محاسبه شود.
دمای کار کابل
حداکثر دمای کار کابل مطابق استاندارد IEC-287 برای کابل های مختلف بایستی مطابق جدول 3-2 باشد:
عایق
حداکثر درجه حرارت هادی
PVC
70
PE
70
XLPE
90
جدول 3-2 حداکثر دمای کار هادی برای کابل های مختلف
تأثیر شرایط نصب بر حد نامی جریان کابل
عمق دفن کابل
حداقل کردن آسیب وارده به کابل علت تعیین کننده عمق دفن کابل می باشد که هر چقدر ولتاژ کابل بیشتر باشد عمق دفن کابل بیشتر می گردد. با افزایش یافته و مقدار رطوبت بیشتر می گردد ، در این حالت با افزایش دما ظرفیت جریان دهی کابل کمتر شده ولی با افزایش رطوبت این مقدار بیشتر می گردد.
مقاومت مخصوص حرارتی خاک
وجود رطوبت اثر تعیین کننده ای در مقاومت مخصوص هر نوع خاک دارد ، برای هر منطقه این مقدار بایستی اندازه گیری شود ، در صورتی ه این عدد در دسترس نباشد طبق استاندارد IEC-287 مقادیر زیر پیشنهاد می شود.
وضعیت آب و هوا
شرایط خاک
مقاومت حرارتی KM/W
پیوسته مرطوب
خیلی مرطوب
7/0
بارانی
مرطوب
1
به ندرت بارانی
خشک
2
بدون باران و یا کم باران
خیلی خشک
3
جدول 3-2 مقاومت مخصوص حرارتی خاک
از کابل های توزیع عموماً به طور دائم در بار کامل استفاده نمی شود ، لذا مسئله خشک شدن خاک زیاد مطرح نمی باشد ، در شرایطی که بتوان خاک را مرطوب فرض کرد مقدار مقاومت حرارتی خاک را می توان بین 0.8-1Km/W در نظر گرفت. در محل هایی که خاک همواره کاملاً مرطوب نمی باشد اما نوع آن مخلوطی از خاک رس و خاک باغچه باشد مقدار 1.2Km/W رقم مناسبی می باشد. در صورتی که خاک از شن و ماسه تشکیل شده باشد ، بعد از خشک شدن مقداری هوا در فضای خالی شن و ماسه به وجود می آید. اگر این حالت در چند ماه از سال اتفاق بیفتد مقدار مقاومت حرارتی خاک را می توان بین 2-3Km/W با توجه به توضیحات زیر در نظر گرفت:
نوع الف: کابل هایی که در طول سال بار ثابتی حمل می کنند.
در حالی که بار دائمی یا دوره ای باشد ، مقدار حداکثر مقاومت حرارتی خاک باید در نظر گرفته شود ، اگرچه این مقدار در بعضی از سال ها و برای مدت کوتاهی در تابستان یا پائیز به وجود آید ، مقادیر پیشنهادی عبارتند از :
تمام خاک ها به جز خاک های زیر 1.5Km/W
خاک گچی با قطعات ریز گچ 1.2Km/W
خاک با ترکیبی از گیاهان پوسیده 1.2Km/W
خاک سنگلاخی 1.5Km/W
شن که آب آن کشیده شده باشد 2.5Km/W
خاک عمل آورده شده 1.8Km/W
در صورتی که خاک زیر پوششی از لایه غیر قابل نفوذ مانند آسفالت قرار گیرد. مقدار مقاومت حرارتی مربوط به ردیف اول در تمام انواع خاک ها ممکن است به 1.2Km/W کاهش یابد.
نوع ب: کابل ها با بار متغیر و حداکثر بار در تابستان
تمام خاک ها به جز خاک های زیر 1.2Km/W
خاک های سنگلاخی 1.3Km/W
خاک شنی که آب آن کشیده شده باشد 2Km/W
خاک عمل آورده شده 2.6Km/W
نوع پ: کابل ها با بار متغیر و حداکثر بار در زمستان
تمام خاک ها به جز خاک های زیر 1Km/W
خاک رسی 0.9Km/W
خاک گچی با قطعات ریز گچی 1.2Km/W
خاک شنی که آب آن کشیده شده باشد 1.5Km/W
خاک عمل آورده شده 1.2Km/W
وقتی خاک رسی زیر پوشش غیر قابل نفوذ قرار گیرد مقاومت حرارتی آن ممکن است تا 0.8Km/W کاهش یابد.
شرایط استاندارد و ضرایب نامی برای تصحیح مقدار نامی باردهی کامل
مقادیر جریان مشخص شده در جداول انتهای این قسمت بر اساس پارامترهای مشخص شده زیر می باشد و در صورتی که کابل در شرایط مشخص شده به کار رود باید ضرایب تصحیح مناسب لحاظ شود.
کابل های نصب شده در هوا
الف) دمای هوای محیط ◦25 سانتی گراد برای کابل های توزیع و در 30◦c برای کابل های داخل ساختمان در نظر گرفته می شود.
ب) جریان هوا به طور ملاحظه ای محدود نشده و برای کابل های نصب شده روی دیوار بایستی حداقل 2 سانتی متر فضای خالی تا دیوار وجود داشته باشد.
پ) مدارهای مجاور هم حداقل 15 سانتی متر از هم فاصله داشته به طوری که بر یکدیگر اثر حرارتی نداشته باشند.
ت) کابل ها در مقابل اشعه آفتاب محافظت شوند.
ضرایب تصحیح دمای محیط برای کابل در هوا
عایق کابل
حداکثر دمای هادی در شرایط کار
(صفر درجه سلسیوس)
دمای هوای محیط (صفر درجه سلسیوس)
25
30
35
40
45
50
55
PVC
70
06/1
1
94/0
87/0
79/0
71/0
61/0
XLPE*
90
1
95/0
91/0
86/0
8/0
75/0
69/0
XLPE**
90
04/1
1
1
91/0
87/0
82/0
76/0
جدول 3-4 ضرایب تصحیح درجه حرارت های مختلف
* برای ولتاژهای بالای 1.9/3.3KV
** برای ولتاژ زیر 1.9/3.3KV
هنگامی که گروهی از کابل های قدرت چند رشته ای در هوا نصب می شوند باید فضای کافی برای انتقال دما موجود باشد ، برای اینکه در شرایط نصب در هوا مقدار جریان کاهش نیابد بایستی تمهیدات زیر در نظر گرفته شود.
الف) فاصله افقی بین مدارها نباید از دو برابر قطر خارجی کابل ها کمتر باشد.
ب) فاصله عمودی بین مدارها نباید از چهار برابر قطر خارجی کابل ها کمتر باشد.
پ) در صورتی که تعداد مدارها از 3 بیشتر شود باید تمامی آن ها به صورت افقی نصب گردند.
کابل های کشیده شده به طور مستقیم در زمین
الف) دمای زمین 15 درجه سانتیگراد
ب) مقاومت مخصوص حرارتی خاک 1.2Km/W
پ) حد فاصله مدارهای مجاور 1.8m
ت) حداقل عمق گودال برای کابل تا ولتاژ یک کیلو ولت برابر 50 سانتیمتر و برای کابل های بیش از یک کیلو ولت تا 33 کیلو ولت برابر 8/0 متر در نظر گرفته شده است.
ضرایب تصحیح :
ضرایب تصحیح برای دمای زمین ، مقاومت مخصوص حرارتی خاک ، کابل های نصب شده به صورت گروهی ، عمق کابل گذاری در جداول 3-5 تا 3-9 آمده است.
عایق کابل
حداکثر دمای هادی در شرایط کار
(صفر درجه سلسیوس)
دمای هوای محیط (صفر درجه سلسیوس)
10
15
20
25
30
35
40
45
PVC
70
04/1
1
95/0
9/0
85/0
8/0
74/0
67/0
XLPE
90
03/1
1
97/0
93/0
89/0
85/0
81/0
77/0
جدول 3-5 ضریب تصحیح برای دماهای مختلف زمین
اندازه هادی
mm2
مقاومت مخصوص حرارتی خاک (km/W)
8/0
9/0
1
5/1
2
5/2
3
کابل تک رشته ای
تا 15
16/1
11/1
07/1
91/0
81/0
73/0
67/0
400-150
17/1
12/1
07/1
9/0
8/0
72/0
66/0
کابل چند رشته ای
تا 16
09/1
06/1
04/1
95/0
86/0
79/0
74/0
150-25
14/1
1/1
07/1
93/0
84/0
76/0
7/0
400-185
16/1
11/1
07/1
92/0
82/0
74/0
68/0
جدول 3-6 ضریب تصحیح برای مقاومت حرارتی خاک (مقدار متوسط)
ولتاژ کابل
kv
تعداد مدارات
فاصله بین مراکز گروه کابل ها
تماس با یکدیگر
0.15m
0.3m
0.45m
0.6m
مثلثی
تخت
0.6/1
2
0.77
0.8
0.82
0.88
0.9
0.93
3
0.65
0.68
0.72
0.79
0.83
0.87
4
0.59
0.63
0.67
0.75
0.81
0.85
5
0.55
0.58
0.63
0.72
0.78
0.83
6
0.52
0.56
0.6
0.7
0.77
0.82
بالاتر از 0.6/1
تا 12/20 (24)
2
0.78
0.8
0.81
0.85
0.88
0.9
3
0.66
0.69
0.71
0.76
0.8
0.83
4
0.6
0.63
0.65
0.72
0.76
0.8
5
0.55
0.58
0.61
0.68
0.73
0.77
6
0.52
0.55
0.58
0.66
0.72
0.76
19/33
2
0.79
0.81
0.81
0.85
0.88
0.9
3
0.67
0.7
0.71
0.76
0.8
0.83
4
0.62
0.65
0.65
0.72
0.76
0.8
5
0.57
0.6
0.6
0.68
0.73
0.77
6
0.54
0.57
0.57
0.66
0.72
0.76
جدول ضریب تصحیح برای مدارهایی با سه کابل تک رشته به صورت افقی یا مثلثی گروهی
ولتاژ کابل
kv
تعداد مدارات
فاصله بین مراکز گروه کابل ها
تماس با یکدیگر
0.15m
0.3m
0.45m
0.6m
0.6/1
2
0.81
0.87
0.91
0.93
0.94
3
0.7
0.78
0.84
0.87
0.9
4
0.63
0.74
0.81
0.86
0.89
5
0.59
0.7
0.78
0.83
0.87
6
0.55
0.67
0.76
0.82
0.86
بالاتر از 0.6/1
تا 12/20 (24)
2
0.8
0.85
0.89
0.9
0.92
3
0.69
0.75
0.8
0.84
0.86
4
0.63
0.7
0.77
0.80
0.84
5
0.57
0.66
0.73
0.78
0.81
6
0.55
0.63
0.71
0.76
0.8
19/33
2
0.8
0.83
0.87
0.89
0.91
3
0.7
0.73
0.78
0.82
0.85
4
0.64
0.68
0.74
0.78
0.82
5
0.59
0.63
0.7
0.75
0.79
6
0.56
0.6
0.68
0.74
0.78
جدول 3-8 ضریب تصحیح برای گروه کابل های چند رشته ای به صورت افقی
عمق قرار
گرفتن کابل
(متر)
کابل های 0.6/1
بالاتر از 0.6/1 تا 19/33kV
تا50mm2
70-300mm2
بالاتر از300mm2
تا 300mm2
بالاتر از 300mm2
0.5
1
1
1
-
-
0.6
0.99
0.98
0.97
-
-
0.8
0.97
0.96
0.94
1
1
1
0.95
0.94
0.92
0.98
0.97
1.25
0.94
0.92
0.9
0.96
0.95
1.5
0.93
0.91
0.89
0.95
0.94
1.75
0.92
0.89
0.87
0.94
0.92
2
0.91
0.88
0.86
0.92
0.9
2.5
0.9
0.87
0.85
0.91
0.89
3 یا بیشتر
0.89
0.86
0.83
0.9
0.88
جدول 3-9 ضریب تصحیح برای عمق دفن کابل (تا مرکز کابل یا مرکز گروه مثلثی کابل)
کابل های نصب شده در مجرا
الف) دمای زمین 15 درجه سانتیگراد
ب) مقاومت مخصوص حرارتی زمین 1.2km/W
پ) حداقل فاصله مدارهای مجاور از یکدیگر 1.8m
ت) حداقل عمق کابل گذاری برای کابل های با ولتاژ زیر یک کیلو ولت برابر 50 سانتیمتر و برای کابل های از یک تا 33 کیلو ولت 8/0 متر است.
ضریب تصحیح برای تغییرات دمای زمین مطابق جدول 3-5 می باشد و ضرایب برای مقاومت حرارتی خاک و گروه کابل ها و عمق قرار گرفتن کابل ها در جدول 3-10 تا 3-13 آمده است.
اندازه هادی
(میلیمتر)
مقاومت حرارتی خاک (km/W)
0.8
0.9
1
1.5
2
2.5
3
کابل تک رشته ای
تا 15
1.1
1.07
10.4
0.94
0.87
0.81
0.75
400-185
1.11
1.08
1.05
0.94
0.86
0.79
0.73
کابل چند رشته ای
تا 16
1.05
10.4
1.03
0.97
0.92
0.87
0.74
150-25
1.07
1.05
1.03
0.96
0.9
0.85
0.78
400-185
1.09
1.06
1.04
0.95
0.87
0.82
0.76
جدول 3-10 ضریب تصحیح برای مقاومت مخصوص حرارتی خاک
ولتاژ کابل
kv
تعداد
مدارات
فاصله بین مراکز مجراها
در تماس
45/0
6/0
0.6/1
2
86/0
9/0
93/0
3
77/0
83/0
87/0
4
73/0
81/0
85/0
5
7/0
78/0
83/0
6
68/0
77/0
82/0
بالاتراز
0.6/1
تا 12/20
2
85/0
88/0
9/0
3
75/0
8/0
83/0
4
7/0
76/0
8/0
5
67/0
73/0
77/0
6
64/0
71/0
76/0
19/33
2
85/0
88/0
9/0
3
76/0
8/0
83/0
4
71/0
76/0
8/0
5
67/0
73/0
77/0
6
65/0
71/0
76/0
جدول(3-11) ضریب تصحیح برای گروه کابل های تک رشته به صورت مثلثی و یا افقی در مجرا
ولتاژ کابل
kv
تعداد
مجراها
در گروه ها
فاصله بین مراکز کابل ها (متر)
در تماس
3/0
45/0
6/0
0.6/1
2
9/0
93/0
95/0
96/0
3
82/0
87/0
9/0
93/0
4
78/0
85/0
89/0
91/0
5
75/0
82/0
87/0
9/0
6
72/0
81/0
86/0
9/0
بالاتراز
0.6/1
تا 12/20
2
88/0
91/0
93/0
94/0
3
8/0
84/0
87/0
89/0
4
75/0
81/0
84/0
78/0
5
71/0
77/0
82/0
85/0
6
69/0
75/0
8/0
84/0
19/33
2
87/0
89/0
92/0
93/0
3
78/0
82/0
85/0
87/0
4
73/0
78/0
82/0
85/0
5
69/0
75/0
79/0
83/0
6
67/0
73/0
78/0
82/0
جدول (3-12) ضریب تصحیح برای کابل های چند رشته در مجرا به
صورت افقی
عمق کابل
(متر)
کابل 0.6/1kV
از 0.6/1 تا 19.33kv
تک رشته
چند رشته
تک رشته
چند رشته
5/0
1
1
-
-
6/0
98/0
99/0
-
-
8/0
95/0
97/0
1
1
1
93/0
96/0
98/0
99/0
25/1
9/0
95/0
95/0
97/0
5/1
89/0
94/0
93/0
96/0
75/1
88/0
94/0
92/0
95/0
2
87/0
93/0
9/0
94/0
5/2
86/0
93/0
89/0
93/0
3 تا بیشتر
85/0
92/0
88/0
92/0
جدول (3-13) ضریب تصحیح برای عمق کابل (مراکز مجراها یا گروه مجرای مثلثی)
