Выбор КЛ. Выбор сечения кабельной жилы производим с учетом механических характеристик

Выбор сечения кабельной жилы производим с учетом механических характеристик, условий нагрева в нормальном и послеаварийном режимах, допустимых потерь напряжения и мощности в нормальном режиме, механи-ческой прочности и термической устойчивости к токам короткого замыкания. Из всех значений, полученных условий, выбирается наибольшее сечение.

Сечение жил выбираем таким образом, чтобы они соответствовали минимальным приведенным годовым затратам на эксплуатацию кабельной линии, которые в существенной степени определяются потерями энергии в линии. При упрощенном подходе это требование сводится к применению нормативной экономической плотности тока и определению расчетного экономического сечения токопроводящей жилы S_эк по формуле:

(2.1)

где I_м.р – максимальный расчетный ток в кабельной линии при нормальном режиме работы;

j_эк – экономическая плотность тока, А/мм², принимается на основе опыта эксплуатации.

Для упрощения расчетов принимаем режим работы электродвигателя номинальным. Тогда величина тока I_м.р определяется из выражения:

(2.2)

где Р_ном, Q_ном, S_ном – активная, реактивная и полная мощности, потреб-ляемая ЭЦН из промысловой сети.

(2.3)

(2.4)

где Р_п.д – необходимая мощность на валу приводного электродвигателя, потребляемая центробежным насосом;

η – КПД электродвигателя.

Для выбора значения j_эк необходимо знать материал токопроводящей жилы (медь) и величину времени использования максимальной (номиналь-ной) нагрузки Т_м кабельной линии за год (в часах). Тогда экономическую плотность тока можно определить из аналитической формулы:

(2.5)

где j_(эк)0 – нулевая экономическая плотность тока при Т_м = 0, либо найти в нормативной таблице j_(эк) = F(Т_м).

Будем считать, что для установок с ЭЦН Т_м составляет более 5000 ча-сов. Величина j_(эк)0 для кабеля с резиновой и пластмассовой изоляцией и мед-ными жилами составляет 3,9 А/мм². Тогда аналитическое значение плотности тока:

Значение экономической плотности тока для кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией с медными жилами при Т_м более 5000 часов составляет 2,7 А/мм². Учитывая сложные условия эксплуатации кабельной линии в установках ЭЦН для добычи нефти принимаем j_(эк) = 2,5 А/мм² и определяем расчетное экономическое сечение жил кабельной линии:

(2.6)

Схема КЛ распределения представлена в приложении 5.2.

Выбираем ближайшее стандартное значение S_ст = 10 мм² и марку кабеля на 2300 В КПБК с данными, приведенными в табл. №1.

Таблица №1

Число и сечение жил, мм^2	Конструкция жилы	Толщина изоляции, мм	Диаметр изолированной жилы, мм	Диаметр кабеля, мм	Масса, кг/км
3×10	1×1,7 + 6×1,26	3,0	9,55	24,4

Кабель с полиэтиленовой изоляцией для погружных ЭЦН, с гибкой ленточной броней, с разрывным усилием 156,8 кН, напряжением 2300 В при температуре окружающего воздуха от – 60 до + 45˚С и пластовой жидкости при температуре до + 85˚С, давлении 20 МПа, газовом факторе до 180 м³/т, местном перепаде давления до 4 МПа и спуско-подъемных операций не ниже – 50˚С. Минимальный радиус изгиба не менее 300 мм. ТУ 16.505.129-75.

Круглый кабель КПБК является основным и служит для подвода элек-троэнергии трехфазного тока к погружному электродвигателю на участке от питающего трансформатора до нижней насосно-компрессорной трубы. На участке между электродвигателем и первыми насосными трубами применяет-ся плоский кабель – удлинитель, соединенный с основным кабелем неразъем-ной соединительной муфтой (сросткой). В качестве кабеля-удлинителя выби-раем плоский кабель марки КПБП с данными, приведенными в табл. №2.

Таблица №2

Число и сечение жил, мм^2	Конструкция жилы	Толщина изоляции, мм	Диаметр изолированной жилы, мм	Размеры кабеля, мм	Масса, кг/км
3×10	1×3,52	1,3	6,15	11,8×30,2

Проверяем возможность размещения погружного агрегата (кабель + центробежный насос) в скважине:

;

Условия размещения выполняются. Проверяем выбранные сечения по длительно допустимому току I_дл.доп. Согласно ПУЭ допустимый длительный ток I_дл.р для кабелей с медными жилами, с резиновой или пластмассовой изоляцией, бронированных, трехжильных, находящихся в земле составляет 90 А для сечения токопроводящей жилы 10 мм². Этот ток принят для темпе-ратуры жилы + 65 ˚С и земли + 15 ˚С. Длительно допустимый ток при другой температуре окружающей среды можно определить с помощью поправочно-го коэффициента k(t) который, если считать коэффициент теплоотдачи неиз-менным, выражается формулой:

(2.7)

где t_дл.доп – длительно-допустимая температура для кабеля КРБК,

равная + 85˚С;

t_о.р – расчетная температура окружающей среды;

t_о.с – температура среды, окружающей кабель, которую условно можно принять равной температуре пластовой жидкости, окружающей кабельную линию в скважине.

Длительно допустимый ток погружного кабеля КРБП:

(2.8)

Выбранный кабель проходит по нагреву, т.к. соблюдается условие:

Потери напряжения и мощности в кабельной линии.

Потери напряжения и мощности в кабельной линии создаются соб-ственной распределенной индуктивностью L_A, L_B, L_C его фаз, сопротивлени-ями фаз R_A, R_B, R_C, собственной распределенной емкостью С_А, С_В, С_С отно-сительно экрана (приложение 5.2), а также межфазными взаимными индук-тивностями М_АВ, М_ВС, М_АС и взаимными емкостями С_АВ, С_ВС, С_АС. При длине кабельной линии не более 20 км можно воспользоваться для расчета потерь напряжения и мощности упрощенной Г – образной схемы замещения (рис. 2.2) с сосредоточенными параметрами.

U_A; U_ad – комплексные фазные напряжения питающей сети и двигателя;

I_В – комплексный ток проводимости кабельной линии;

G_l – активное сопротивление жилы кабеля;

R_л – активное сопротивление линии, определяемое по формуле:

(2.9)

где l – длина кабеля в км;

R₀ – активное сопротивление кабеля, равное

(2.10)

где λ – удельная проводимость при 20 ˚С, принимаемая для меди с учетом отбавки на скрутку и нагартовку жил, равной 51 МСм/мм²;

α – температурный коэфф. сопротивления для меди равный 0,004 град ^–1;

t_каб – температура жилы кабеля в ˚С.

В скважинах кабели КПБК и КПБП работают в крайне сложных температурных условиях. Некоторая часть его длины, иногда значительная, погружена в жидкость с высокой температурой (до 60 – 80) ˚С, а часть кабеля находится в скважине вне жидкости. При этом весь кабель касается насосно-компрессорных труб, которые нагреваются потоком восходящей жидкости. Часть кабеля может оказаться прижатой к обсадной колонне, температура которой соответствует температуре почвы на данной глубине. Наконец часть кабеля находится на поверхности земли при температуре окружающего воз-духа. Вследствие изложенного условно принято считать, что температура жилы кабеля соответствует температуре жидкости в скважине.

Индуктивное сопротивление линии вычисляется по формуле

(2.11)

где Х₀ – индуктивное сопротивление на единицу длины кабельной линии.

Для определения Х₀ воспользуемся известной из теоретических основ электротехники формулой

(2.12)

где – среднегеометрическое

расстояние между фазными проводниками

кабеля (рис. 2.3);

r – приведенный (с учетом формы сечения

и поверхностного эффекта) радиус фазного

проводника.

Принимаем отношение D_ср / r равным 2,42 с учетом наличия у кабеля резиновой изоляции.

Тогда

Потери напряжения ΔU_л в номинальном режиме работы установки ЭЦН равны

(2.13)

и не должны превышать в нормальном режиме 10 % от номинального расчет-ного напряжения. В качестве последнего используем номинальное напряже-ние погружного электродвигателя. Это напряжение зависит от мощности, ди-аметральных размеров, рода изоляции и других условий и поэтому не бывает одинаковым у всех типов двигателей. Одинаковое напряжение для всех типо-размеров погружных электродвигателей нецелесообразно, т.к. это ухудшает их характеристики и усложняет их производство.

или в относительных единицах

%, (2.14)

что можно считать допустимым (5,8 < 10 %), т.е. кабельная линия проходит по потерям напряжения.

Величина активных ΔР_л, реактивных ΔQ_л и полных ΔS_л потерь мощ-ности в кабельной линии зависит от активного R_л и реактивного Х_л сопротив-ления фаз токопроводящего кабеля. Приближенно нагрузочные потери мощ-ности в линии можно определить по номинальному напряжению погружного электродвигателя

(2.15)

(2.16)

(2.17)

или в сравнении с общими активными потерями мощности в установке ЭЦН

% (2.18)

что можно считать приемлемым, т.к. допустимые потери мощности в кабеле относительно общих потерь при условии правильного подбора кабеля по параметрам установки ЭЦН и скважины составляют 8 – 18 %.

Напряжение в начале кабельной линии, которое должен обеспечивать трансформатор промысловой станции управления для получения номиналь-ного напряжения на погружном электродвигателе составляет:

(2.19)

Емкостной ток на зарядку-разрядку кабельной линии

(2.20)

В_l – емкостная проводимость кабельной линии;

В₀ – емкостная проводимость кабельной линии на единицу длины.

(2.21)

Реактивная мощность, генерируемая кабельной линией

(2.22)

Полная реактивная мощность установки ЭЦН с учетом зарада-разряда

(2.23)

Полная мощность на входе кабельной линии

(2.24)

Дата добавления: 2015-08-27