CC BY
10
УДК 621.3.041.34:330.13.001.26
ОПТИМИЗАЦИЯ ГАБАРИТНО- У СТОИМОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ, ПРОКЛАДЫВАЕМЫХ ПО КАБЕЛЬНЫМ КОНСТРУКЦИЯМ
Б.Б. Утегулов, Д.Б. Утегулова
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова В.В. Ткаченко
Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова
КабельдЫ к^рылыспен тоселген кабель ркешлертщ габарит-цундьщ параметрлерт оцтайландыру кэрсетелген, кабель к^рылыспен кабельдер1 твсем аркрсында жэне квппйк салалык, кабетнщ желтн эр фазасында к;олданылуы нэтижел1 болып табылады. Нвлд1к вттзгщтер кабель к^рылысыныц б!рмг1 ушш к^ызмет етуге болат жазы/упагы пайдалы болады.
прокладываемых, по кабельным конструкциям показала, что при прокладке кабелей по кабельным конструкциям - прокладка в каждой фазе линии отдельного многожильного кабеля, с использованием одного общего нулевого проводника для нескольких линий является эффективной. В качестве нулевого проводника может быть использована стальная полоса, служащая, одновременно, для зануления кабельных конструкций.
Optimization of weight-cost parameters of the cable lines laid, on cable designs has shown, that at a lining of cables on cable designs - a lining in each phase of a line of a separate multi core cable, with use of one general (common) zero conductor for several lines is effective. As a zero conductor the steel strip serving, simultaneously, for neutral earthling of cable designs may be used.
При открытой прокладке кабелей в воздухе понижающие коэффициенты к допустимым длительным токам кабелей в соответствии с /1/ не применяются.
Рассмотрим случай прокладки одиночной линии на кабельных конструкциях. Линия может выполняться одним кабелем или несколькими кабелями меньшего сечения при одинаковом значении рабочих токов. С учетом обеспечения нормальных условий охлаждения, а так же сохранения стоимости кабельных конструкций на одном уровне, огра-ничимся заменой одного кабеля максимально тремя. Варианты прокладки кабелей по кабельным конструкциям и схемы рассматриваемых линий приведены на рис. 1. и рис. 2.
Замену одного кабеля двумя или тремя будем выполнять, исходя из значений допустимых длительных токов кабелей по условиям допустимого нагрева.
Результаты замены сведем в таблицу 1.
Выполним анализ для наиболее распространенных марок кабелей используемых при открытой прокладке по кабельным конструк-
циям: АВВГ, ААШв, ВВГ.
При определении стоимости кабельных линий учитываем стоимость кабельных конструкций, а именно кабельной стойки и кабельной полки, расстояние между опорными конструкциями принимаем равным 0,5 м. Стоимость кабельных конструкций принимаем по /2, 3/. С учетом этого стоимость прокладки одного километра линии составит: § для одного кабеля -117,844 1 03 тен;
§ для двух кабелей - 148,264103
тен;
§ для трех кабелей - 178,684103
тен.
Цены на кабельные изделия принимаем по данным Российских поставщиков на 15.04.2001 г. /4/.
В таблице 1 параметры кабельных линий определены из условия прокладки в каждом кабеле трех фазных проводников и одного нулевого проводника.
Длительно допустимые токи для кабельной линии из нескольких кабелей определялись как:
^доп.п- п ' ^доп.15 (О
где 1Д0П. 1— Допустимый длительно ток для одного кабеля в линии, определяемый по таблицам /1/.
Варианты прокладки кабелей по кабельным конструкциям
1
а) б) в)
1 - кабель; 2 - кабельная полка; 3 - кабельная стойка.
а) один кабель в линии;
б) два кабеля в линии;
в) три кабеля в линии.
Рисунок 2.1
Электрические схемы вариантов кабельных линий прокладываемых по кабельным конструкциям
А
в
с
N
А В
С N
а)
А В
С N
б)
В
С
N —
А В С N
в)
Рисунок 2.2
Таблица 1
Прокладка кабелей в воздухе по кабельным конструкциям
ечение проводников в фазе, F, мм2 Интервал допустимых токов, ^доп.»А Масса проводникового материала, m, кг/км Активное погонное сопротивление, г0, Ом/км Удельная стоимость линии, К0, тен-103/км Стоимость монтажа, Км> тен-103/км Коэффициент затрат, Км тен-103/Акм Примечание *
1 2 3 4 5 6 7 8
Кабель АВВГ-660
1\2,5 0-19 27,2 11.75 150,34 117.84 7,91
1x4 19-27 43,5 7,85 164,12 117.84 6,08
1x6 27-32 65,3 4,9 186,48 117.84 5,83
1x10 32-42 108.8 2,94 223,92 117,84 5,33
1x16 42-60 174,1 1,84 273.32 117,84 4,56
1x25 60-75 272 1,17 352.88 117.84 4,71
1x35 75-90 380.8 0.84 426,72 117.84 4,74
1x50 90-110 544 0,59 554,12 117,84 5,04
1x70 110-140 761,6 0,42 727,8 117,84 5.20
1x95 140-170 1033,6 0,31 887,44 117,84 5,22
1x120 170-200 1305.6 0,25 991,96 117,84 4,96
1x150 200-235 1632 0,2 1201,52 117,84 5,11
1x185 235-270 2012,8 0,16 1464,64 117,84 5.42
2x2,5 0-32 54,4 5.88 213,26 148.26 6,66
2x4 32-54 87 3.93 240.82 148,26 4,46
2x6 54-64 130,6 2,45 285,54 148,26 4,46
2x10 64-84 217,6 1,47 360,42 148,26 4,29
2x16 84-120 348,2 0.92 459.22 148.26 3,83
2x25 120-150 544 0,59 618,34 148,26 4,12
2x35 150-180 761,6 0,42 766,02 148,26 4,26
2x50 180-220 1088 0,3 1020.82 148.26 4,64
2x70 220-280 1523,2 0,21 1368.18 148,26 4,89
3x2,5 0-57 81.6 3,92 276.18 178.68 4,85
3x4 57-81 130,5 2,62 317,52 178.68 3,92
3x6 81-96 195,9 1,63 384,6 178,68 4,01
3x10 96-126 326,4 0,98 496,92 178,68 3,94
3x16 126-180 522,3 0,61 645,12 178.68 3,58
3x25 180-235 1142,4 0.28 1105,32 178.68 4,70
3x35 235-270 1142,4 0,28 1105,32 178,68 4,09
продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5 6 7 8
Кабель ААШв - 1кВ
1x10 0-45 108.8 2,94 444 117,84 9,87
1x16 45-60 174,1 1.84 491,52 117,84 8,19
1x25 60-75 272 1,17 562.8 117,84 7,50
1x35 75-95 380,8 0.84 642 117,84 6,76
1x50 95-110 544 0,59 759,52 117,84 6,90
1x70 110-140 761,6 0,42 982,08 117,84 7,01
1x95 140-165 1033,6 0,31 1290,44 117,84 7.82
1x120 165-200 1305,6 0.25 1536,4 117,84 7,68
1x150 200-230 1632 0,196 1748,04 117,84 7,60
1x185 230-260 2012.8 0,159 2062,64 117.84 7,93
2x10 0-90 217,6 1.47 800.58 148.26 8,90
2x16 90-120 348,2 0,92 895.62 148,26 7,46
2x25 120-150 544 0.582 1038,18 148,26 6,92
2x35 150-190 761,6 0.42 1196.58 148.26 6,30
2x50 190-220 1088 0.295 1431,62 148,26 6,51
2x70 220-260 1523,2 0,21 1876,74 148,26 7,22
3x10 0-135 326,4 0.98 1157,16 178.68 8,57
3x16 135-180 522,3 0,613 1299,72 178.68 7,22
3x25 180-225 816 0.39 1513,56 178,68 6,73
3x35 225-260 1140 0.28 1751,16 178.68 6,74
Кабель ВВГ - 660
1x1,5 0-19 52.5 11.95 164.48 117.84 8.66
1x2,5 19-25 87,5 7,17 184.4 117,84 7,38
1x4 25-35 140 4,5 219.76 117,84 6,28
1x6 35-42 210 3 273.32 117,84 6,51
1x10 42-55 350 1.79 367.96 117.84 6,69
1x16 55-75 560 1.12 498.84 117,84 6,65
1x25 75-95 875 0.72 758,48 117.84 7,98
1x35 95-120 1225 0,51 985,2 117,84 8,21
1x50 120-145 1750 0,36 1228,04 117,84 8,47
1x70 145-180 2450 0,26 1832.8 117,84 10,18
1x95 180-220 3325 0,19 2566 117,84 11,66
1x120 220-260 4200 0,15 3201 117,84 12,31
1x150 260-305 5250 0.12 3963 117,84 12,99
1x185 305-350 6475 0.01 4852 117,84 13,86
Таблица 2
Оптимальные варианты прокладки кабелей по кабельным
конструкциям
Интервал рабочих токов, 1 А 'доп « п Оптимальное сечение проводников в фазе, И, мм2 Масса проводникового материала на линию, т, кг/км Активное погонное сопротивление, Г0 ,Ом/км Удельная стоимость линии, К0, тсн103/км Коэффициент затрат. К,, тен-КУ/А-км Экономия по сравнению с базовым вариантом
Стоимости, тен-103/км Проводник, материала, кг/км
1 2 3 4 5 6 7 8
Кабель АВВГ-660 В
0-19 1x2,5 27,2 11.75 150.34 7,91 - -
19-27 1x4 43,5 7,85 164,12 6,08 - -
27-32 1x6 65,3 4,9 186.48 5.82 - -
32-42 1x10 108,8 2,94 223.92 5,33 - -
42-54 2x4 87 3,93 240,82 4.46 32,5 87,1
54-60 1x16 174,1 1.84 273,32 4,56 - -
60-64 2x6 130,6 2,45 285,54 4,46 67,34 141,4
64-75 3x4 130,5 2,62 317.52 4.23 35,36 141,4
75-81 3x4 130,5 2,62 317,52 3,92 109,2 250,3
81-90 3x6 195,9 1,63 384,6 4,27 42,12 184.9
90-96 3x6 195,9 1,63 384,6 4.01 169,52 348,1
96-110 2x16 348.2 0,92 459,22 4,17 94,9 195.8
110-120 2x16 348.2 0,92 459.22 3,83 268.58 413,4
120-140 2x25 544 0,59 618,34 4.42 109.46 217,6
140-150 3x16 522,3 0,61 645,12 4,3 272,32 511,3
170-180 3x16 522,3 0,61 645,12 3.58 346,84 783,3
180-200 3x25 816 0,39 883.8 4,42 108,16 489,6
200-225 3x25 816 0,39 883.8 3,93 317,72 816.0
225-235 3x35 1142,4 0.28 1105.32 4,7 96.2 489,6
235-270 3x35 1142,4 0,28 1105.32 4.09 359,32 870,4
Кабель ААШв - 1кВ
0-45 1x10 108.8 2.94 444,0 9.87 - -
45-60 1x16 174.1 1,84 491.52 8.19 - -
60-75 1x25 272,0 1,17 562,8 7,50 - -
75-95 1x35 380.8 0.84 642,0 6.76 - -
95-110 1x50 544,0 0,59 759,52 6.90 - -
110-120 2x16 348.2 0,92 895.62 7,46 86,46 413.4
120-140 1x70 761,6 0,42 982,08 7,01 - -
140-150 2x25 544,0 0,59 1038.12 6,92 252.32 272,0
150-165 2x35 761,6 0,41 1196.58 7.25 93,86 272,0
165-190 2x35 761,6 0,41 1196.58 6,30 339,82 544,0
190-200 2x50 1088,0 0,30 1431.62 7,16 104,78 217,6
продолжение таблицы 2
1 2 3 4 5 6 7 8
200-220 2x50 1088,0 0,30 1431.62 6.51 316.42 544.0
220-225 3x25 0,39 1513,56 6,72 234.48 816.0
225-230 1x150 1632.0 0,20 1748.04 7,60 - -
230-260 3x35 0,28 1751,16 6,74 311.48 870,4
Кабель ВВ -660 В
0-19 1x1,5 5,5 11,95 164.48 8.66 - -
19-25 1x2.5 87,5 7,17 184.40 7,38 - -
25-35 1x4 140,0 4,50 219.76 6,28 - -
35-38 2x1.5 105,0 5,98 241,52 6.36 31.8 105,0
38-42 1x6 210,0 3,00 273.32 6.51 - -
42-50 2x2,5 175,0 3,59 281,38 5.63 86.58 175,0
50-55 3x1,5 157,5 3.98 318,60 5.79 49.36 192,5
55-57 3x1,5 157,5 3.98 318.60 5.59 180.24 402.5
57-75 3x2,5 262.5 2,39 378,36 5.05 120.48 297.5
75-95 3x4 420.0 1,50 484,44 5,10 274,04 455,0
95-105 3x4 420.0 1,50 484.44 4.61 500,76 805,0
105-120 3x6 630,0 1,00 645,12 5,38 340,08 595,0
120-126 3x6 630,0 1,00 645,12 5.12 582.92 1120.0
126-145 3x10 1050,0 0,60 746,52 5,15 481,52 700.0
145-165 3x10 1050,0 0.60 746,52 4.52 1085.48 1400.0
165-180 3x16 1680.0 0.37 1321.68 7,34 511,12 770.0
180-220 3x16 1680.0 0.37 1321.68 6,01 1244.32 1645,0
220-225 3x16 1680.0 0,37 1321,68 5.87 1879.32 2520.0
225-260 3x25 2625.0 0,24 2100,60 8.07 1100,4 1575,0
260-285 3x25 2625,0 0,24 2100,60 7,37 1862,4 2625,0
285-305 3x35 3675,0 0.17 2597,76 8.52 1365,24 1575.0
305-350 3x35 3675.0 0.17 2597,76 7,42 2254.24 2800.0
Из таблицы 1. видно, что расщепление одного кабеля на несколько, ведет к изменению технико-экономических параметров линии, при этом значительно уменьшается масса проводникового материала, как правило, во всех случаях замены, причем для трех кабелей в линии экономия проводникового материала больше, чем при двух кабелях в линии.
С увеличением рабочих токов в линии и, следовательно, с увеличением сечений токоведущих жил проводников, экономия проводникового материала увеличивается. Для рассматриваемых стандартных значений сечений проводников, максимальная экономия имеет место при сечении кабеля 4x185 мм2.
При замене одного кабеля сечением 4x185 мм2 на два кабеля се-
чением 4x70 мм2 экономия проводникового материала на 1 километр линии составит 489,6 кг алюминия или 1575 кг меди.
При замене того же кабеля тремя кабелями сечением 4x35 мм2 экономия проводникового материала на 1 км линии составит 870,4 кг алюминия или 2800 кг меди.
Расщепление одного кабеля на несколько не всегда ведет к уменьшению стоимости линии, существуют интервалы рабочих токов, при которых стоимость линии с одним кабелем меньше чем при двух или трех кабелях.
На основании данных таблицы 1. можно выбрать оптимальный по стоимости вариант исполнения кабельной линии прокладываемой по конструкции. Под оптимальным будем понимать вариант, имеющий наименьшую стоимость при данном интервале рабочих токов. Уменьшение стоимости прокладки кабельной линии, при изменении ее габаритных параметров, происходит прежде всего, из-за уменьшения расхода проводникового материала за счет улучшения условий охлаждения. При этом коэффициент затрат, характеризующий выполнение проводниками линии основной функции, уменьшается. Хотя сравнение различных вариантов исполнения элементов систем электроснабжения выполняется по приве-
денным затратам, при принятии вариантов к сравнению можно заранее отбросить явно худшие, обладающие большим коэффициентом затрат. Расположив варианты прокладки кабеля, обладающие наименьшей удельной стоимостью капитальных затрат при данном интервале рабочих токов от минимального до максимального, мы получим таблицу оптимальных вариантов прокладки кабельной линии по кабельным конструкциям (табл. 2.). Пользуясь этой таблицей можно выбрать оптимальное по стоимости исполнение прокладки кабельной линии по конструкциям для заданного рабочего тока линии.
Сравнив базовый и оптимальный вариант прокладки кабеля, можно увидеть, что для оптимального варианта увеличиваются объемные габариты линии (объем занимаемого линией пространства для кабеля АВВГ максимального сечения 4x185 мм2 меньше, чем для линии из трех кабелей сечением 4x35 мм2 примерно в 1,6 раза, с учетом промежутков между кабелями равному их диаметру), но уменьшаются весовые показатели (масса проводникового материала меньше примерно в 1,8 раза) и стоимость.
Мы рассматривали вариант выполнения линии одним или несколькими кабелями, при котором
в каждом кабеле прокладывается по три фазных проводника и нулевой провод. Такой вариант исполнения позволяет повысить надежность электроснабжения потребителей, т.к. при выходе из строя одного кабеля из двух или грех, оставшиеся в работе кабели могут обеспечить питанием часть потребителей. Недостатком такого способа прокладки кабелей является усложнение концевых разделок-кабелей.
С целью упрощения концевых разделок кабелей, а также для уменьшения расхода проводникового материала на линию, может быть предложен другой вариант прокладки кабельной линии по конструкциям, когда каждая фаза выполняется отдельным многожильным кабелем, а в качестве общего нулевого провода для потока линий прокладываемых в одном направлении используется одна стальная шина, используемая и для зануления электрооборудования и электроконструкций. Таким образом, для одной линии используется три кабеля и одна общая нулевая шина. В фазах линии могут применяться стандартные кабели с числом жил от одной до четырех. В качестве нулевого провода примем предварительно стальную шину сечением 40x4 мм2.
С учетом нулевой шины общая стоимость прокладки трех кабелей по конструкциям составит 188,314101 тен/км. Технико-экономические показатели указанного способа прокладки линии сведем в таблицу 3. Данные в таблицу заносим в порядке увеличения общего сечения проводников в фазе линии. В таблицу заносим только стандартные сечения кабелей, выпускаемые промышленностью и на которые есть данные по оптовым ценам.
При указанном выше способе прокладки кабелей, т.е. при использовании многожильных кабелей в каждой фазе, можно применять двух, трех и четырехжильные кабели.
Допустимые длительно токи для двух и трехжильных кабелей определяются по выражению 1.
^доп.п ~ ^ ' ^ ДОП.1 '
Для четырехжильного кабеля с пластмассовой изоляцией ток в соответствии с /1/ определяется по выражению:
^доп.4— 4' 0,92 • 1доп з,
где 1Доп.З~ Длительно допустимый ток. А, в одной жиле трех-жильного кабеля, определяемый по таблице /1/.
Таблица 3
Прокладка кабелей по кабельным конструкциям с отдельными
кабелями в фазах
Интервал рабочих токов, I А Кол-во и сечение жилы в фазном проводнике, Р, мм2 Расход проводникового материала, ш, кг/км Удельное электрическое сопротивление, Г0, Ом/км Удельная стоимость, К0, тен-103/км Коэффициент затрат, Кч. тен-103/Акм
1 2 3 4 5 6
АВВГ-660
0-23 1x2,5 6,8 11,8 236.67 10,29
23-31 1x4,0 10,9 7,39 247,59 7,99
31-42 2x2,5 13,6 5,9 240,57 5,72
31-38 1x6 16,3 4.91 257,73 6,93
42-57 3x2,5 20,4 3.93 274.11 4,81
42-58 2x4 21,8 3,7 267,87 4,62
38-60 (58-60) 1x10 27,2 2.94 284,25 4,73
60-76 2x6 32,6 2,46 305,31 4,02
76-87 3x4 32,6 2.46 294,85 3,39
60-75 1x16 43.5 1.85 333,07 4,44
87-96 (105-110) 3x6 49 1,64 343,99 3,58
96-110 (96-105) 2x10 54,4 1,47 417.31 3,79
75-105 1x25 68 1,17 387,21 3,69
110-126 3x10 81.6 0,98 431,35 3,42
126-140 2x16 87 0.92 448.51 3,2
105-130 1x35 95,2 0,84 428.86 3,26
130-180 3x16 130,6 0,62 556,15 3.09
180-225 3x25 204 0.39 751,15 3,34
0-69 4x2,5 27,2 2.94 258.81 3,75
69-99 4x4 43.5 1,85 327,15 3,3
99-117 4x6 65.2 1,23 394,23 3,37
117-154 4x10 108.8 0,74 506,55 3,29
154-220 4x16 174 0.46 654.75 2,98
220-276 4x25 272 0,29 893,43 3,23
276-331 4x35 380,8 0.21 1115 3,36
331-404 4x50 544 0.15 1308,84 3,23
404-515 4x70 761,6 0,11 1829,88 3,55
515-625 4x95 1032,3 0,08 2308.8 3,69
625-736 4x120 1304 0,06 2622,4 3,56
736-864 4x150 1630 0,05 3251 3,76
864-993 4x185 2010,3 0,04 4040,4 4,07
—
Анализируя данные в таблице 3. можно заметить что, разное конструктивное исполнение кабелей в фазных проводниках линии при одинаковых значениях допустимых токов нагрузки дает разные значения удельной стоимости линий.
Исходя из стоимости капитальных затрат на линию, применение некоторых стандартных сечений кабелей экономически не эффектив-
но. Например, не эффективно применение кабелей сечением 1x4; 1x6; 1x10; 2x6; 1x16; 2x10 мм2.
Из таблиц следует, что для прокладки в воздухе по конструкциям наиболее эффективен кабель АВВГ, причем при токах более 81 А наиболее эффективен способ прокладки с применением в каждой фазе одного многожильного кабеля.
ЛИТЕРАТУРА
1. Правила устройства электроустановок. /Мин. Энерго СССР -6-е изд., перераб. и доп. - М.: Энер-гоатомиздат, 1985. - 640 с.
2. Строительные нормы и правила. СниП 1У-6-82. Сборники расценок на монтаж оборудования. Сборник 8. Электротехнические установки. М.: Стройиздат, 1985.
3. Строительные нормы и правила СниП 1У-4-82. Часть Материалы изделия и конструкции для монтажных и специальных строительных работ. М.: Стройиздат, 1983.
4. Электрокомплектсервис. Прайс-лист на 15.02.2001 г. Новосибирск: Электрокомплектсер- вис, 2001.
