При большой нагрузке на силовой кабель он начинает сильно нагреваться, что сокращает срок его службы. Обычно при расчете пропускной способности кабеля исходят из того, что нагрузка носит линейный характер. В то же время, все чаще к электрической сети подключаются устройства, представляющие из себя нелинейные электроприемники. Особенно острой эта тематика стала в связи с широким распространением светодиодного освещения. Качественные светодиодные светильники почти не создают проблем, но сейчас наметилась тенденция установки дешевых светильников упрощенной конструкции, обладающих значительной нелинейностью. Возникла необходимость в создании методики оценки теплового режима кабеля при нелинейной нагрузке. Такую методику, простую и удобную в применении, при этом дающую достаточно высокую точность результатов, далось создать старшему преподавателю кафедры «Электроэнергетические системы» МЭИ Андрею Валянскому. Он выступил 22 марта 2017 г. с докладом о своей методике на первом Всероссийском кабельном конгрессе.
Из-за нелинейности нагрузки возникают гармоники тока высшего порядка, в результате чего начинает течь значительный ток в нулевой жиле четырехжильного кабеля для трехфазной сети. В качестве «экспериментального полигона» Андрей Валянский выбрал кабель АСБ 3x35 + 1x16, через который подается электроэнергия на крупный торговый центр. Длительный допустимый ток для данного сечения равен 126 А. Ток в фазных жилах равен указанному значению, то есть кабель работает под полной нагрузкой. Были измерены токи гармоник высших порядков, вплоть до 21-й, в нулевой жиле. В итоге выяснилось, что эффективное значение тока для гармоник составило 120,7 А, что близко к предельному значению. При нормальном режиме работы нулевая жила не нагревается, и именно на этом основаны классические методики расчета пропускной способности силовых кабелей. Дополнительный нагрев нулевой жилы при полной нагрузке приводит к тому, что температура под оболочкой кабеля превышает допустимое значение. Это, в свою очередь, приводит к быстрому выходу кабеля из строя.
Андрей Валянский предложил использовать поправочный коэффициент, показывающий отношение мощности, которую можно передать по кабелю при нелинейной нагрузке, к расчетной мощности для линейной нагрузки. В докладе он также изложил методику расчета этого коэффициента. Минимальное значение поправочного коэффициента в реальных условиях может достигать 0,695. То есть, из-за нелинейности нагрузки приходится уменьшать мощность, передаваемую по кабелю, на 30% против расчетного значения для линейной нагрузки. В итоге приходится или использовать более мощный, а значит, более дорогой кабель, либо строить дополнительную линию, частично разгружающую основную. В противном случае придется часто менять кабель, что также выливается в дополнительные затраты. Также существуют специальные корректоры для линий электропитания, но они стоят очень дорого и их использование не окупится.
Отсюда можно сделать следующий вывод: дешевле потратиться на то, чтобы использовать качественные электроприемники (т. е. оборудование, питающееся от сети) с низким уровнем гармоник, чем тратить деньги на создание системы электропитания с большим запасом по мощности. К сожалению, экономических стимулов к этому в условиях того же торгового центра пока нет, так как организация, эксплуатирующая здание и его арендаторы — разные хозяйствующие субъекты, имеющие разные бизнес-интересы. Причем, значительный нагрев нулевой жилы происходит даже в тех случаях, когда нагрузка, вроде бы, соответствует нормам по гармоникам (точнее, находится близко к максимально допустимым значениям), так что решить проблему, указав арендатору на нарушение установленных норм, не получится. В качестве простейшей меры, способной дать ощутимый эффект, Андрей Валянский предлагает устанавливать светильники только с корректором коэффициента мощности. Более глобально проблема может быть решена ужесточением норм по гармоникам тока в нагрузке. А пока остается надеяться на сознательность специалистов, выбирающих светильники для арендаторов торгового комплекса.
