Выбор сечения токопроводящей жилы и марки кабеля.

Задание.

Рассчитать кабельную линию установки электроприводного центро-бежного насоса (ЭЦН) для откачки нефти.

Исходные данные:

– длина кабельной линии, l = 880 м;

– температура пластовой жидкости, Т = 75˚С;

– номинальная мощность электродвигателя установки ЭЦН, Р_п.д = 45 кВт;

– номинальное напряжение электродвигателя, U_д.н = 1400 В;

– коэффициент мощности электродвигателя, cosφ = 0,86;

– коэффициент полезного действия электродвигателя, η = 84,5 %;

– внутренний диаметр обсадной колонны скважины, D_вн.об = 144 мм;

– диаметр корпуса электродвигателя, D_к = 103 мм.

Выбор сечения токопроводящей жилы и марки кабеля.

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:

(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)

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

(3)

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:

(4)

где j_(эк)0 – нулевая экономическая плотность тока при Т_м = 0, либо най-ти в нормативной таблице j_(эк) = F(Т_м). Будем считать, что для установок с ЭЦН Т_м составляет более 5000 часов. Величина j_(эк)0 для кабеля с резиновой и пластмассовой изоляцией и медными 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:

U_ab; U_bc; U_ac – межфазные напряжения;

I_A; I_B; I_C – фазные токи в жилах кабеля;

I_a; I_b; I_c – фазные токи асинхронного электродвигателя;

Z₀ – сопротивления фаз электродвигателя;

С_a; С_b; С_c – собственная распределенная емкость относительно экрана;

C_ab; C_bc; C_ac – взаимные емкости;

М_АВ; М_ВС; М_АС – межфазные взаимные индуктивности.

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

(5)

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:

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

Дата добавления: 2015-08-27