Учебник "Онлайн Электрик">Содержание Расчет | Пример | Источники | Теория

Теория проверки кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания

В результате длительного протекания тока короткого замыкания (КЗ) по кабелям при отключении присоединений действием резервных защит имели место пожары в кабельных хозяйствах электростанций вследствие нагрева токопроводящих жил кабелей до температур, при которых происходили разрывы оболочек и разрушения концевых заделок с возгоранием кабелей.

При испытании на возгорание силовых кабелей напряжением до 6 кВ токами КЗ длительностью до 4 с установлено, что разрыв оболочек, разрушение концевых заделок и возгорание кабелей не происходит, если температура токопроводящих жил не превышает 350°С для небронированных кабелей с пропитанной бумажной и пластмассовой изоляцией и 400°С для бронированных кабелей с пропитанной бумажной изоляцией и кабелей с изоляцией из вулканизированного полиэтилена.

В целях повышения надежности работы электроустановок и предотвращения пожаров в кабельных сооружениях энергетических объектов в дополнение к требованиям гл. 1.4 "Выбор электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания" "Правил устройства электроустановок" (ПУЭ) шестого издания предлагается:

1. На действующих энергетических объектах:

1.1 Проверить по условиям невозгорания силовые кабели при действии резервной защиты, как правило, исходя из КЗ в начале кабельной линии. Допускается принимать расчетные токи КЗ на расстоянии 20 м от начала кабельной линии напряжением до 1 кВ и 50 м от начала кабельной линии напряжением 6—10 кВ.

Значения расчетных температур нагрева токопроводящих жил кабелей при проверке на невозгорание и при определении пригодности кабелей к дальнейшей эксплуатации приведены в таблице 1.

1.2. При получении расчетных значений температур больше указанных в графе 2 таблицы 1 предусмотреть выполнение следующих мероприятий:

— изменение уставок защит;

— замену защит на быстродействующие;

— изменение схемы питания;

— другие возможные мероприятия по предотвращению возгорания кабелей.

Если данные мероприятия не могут быть применены или не дают положительных результатов, необходимо заменить кабели или их начальные участки на кабели с увеличенным сечением токопроводящих жил.

Таблица 1 – Значения расчетных температур нагрева токопроводящих жил кабелей при проверке на

невозгорание и при определении пригодности кабелей к дальнейшей эксплуатации при длительности токов КЗ до 4 с

Типы кабелей

Значения расчетных температур токопроводящих жил кабелей, °С

при проверке на невозгорание

при определении пригодности кабелей к дальнейшей эксплуатации

1

2

3

4

Бронированные кабели с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение до 6 кВ

400

200

300

Бронированные кабели с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 10 кВ

360

200

300

Небронированные кабели с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение до 6 кВ

350

200

300

Небронированные кабели с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 10 кВ

310

200

280

Кабели с пластмассовой (поливинилхлоридный пластикат) и резиновой изоляцией

350

160

250

Кабели с изоляцией из вулканизированного полиэтилена

400

250

300

1.3. После каждого воздействия токов КЗ выполнять расчет температуры токопроводящих жил кабелей и определять пригодность кабелей к дальнейшей эксплуатации, руководствуясь следующим:

— при температурах нагрева токопроводящих жил кабелей, не превышающих значений, указанных в графе 3 таблицы 1, кабели пригодны к дальнейшей эксплуатации;

— при температурах нагрева токопроводящих жил в интервалах значений, указанных в графах 3 и 4 таблицы 1, допускается эксплуатация кабелей в течение 1 года. Такие кабельные линии перед включением в работу должны быть дополнительно осмотрены, в доступных местах отремонтированы (при необходимости) и испытаны выпрямленным напряжением 4Uн в течение 5 мин;

— при температурах нагрева токопроводящих жил кабелей, превышающих значения, указанные в графе 4 таблицы 1, кабели считаются непригодными к дальнейшей эксплуатации и должны быть заменены.

1.4. Применять нанесение огнезащитных покрытий как средство пожаростойкости, предусмотренное РД 34.49.101-87 ("Инструкция по проектированию противопожарной защиты энергетических предприятий".— М.: Информэнерго, 1987).

1.5. Проводить для пучков из двух и более параллельно включенных кабелей проверку на невозгорание любого кабеля пучка в соответствии с пунктом 1.1 настоящего параграфа.

2. На вновь проектируемых и реконструируемых энергетических объектах:

2.1. Применять силовые кабели с сечением 70 мм2 и выше с многопроволочными алюминиевыми жилами.

2.2. При выпуске рабочей проектной документации выполнять требования пунктов 1.1, 1.4 и 1.5 настоящего параграфа.

3. Расчет температуры токопроводящих жил кабелей выполнять в соответствии с приложением 1.

4. Расчет значений тока КЗ и теплового импульса (приложение 2) выполнять в соответствии с "Методическими указаниями по расчету токов короткого замыкания в сети напряжением до 1 кВ электростанций и подстанций с учетом влияния электрической дуги" (М.: СПО ОРГРЭС, 1993), ГОСТ 28249-93, ГОСТ 27514-87 и ГОСТ 30323-95.

Приложение 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ЖИЛ КАБЕЛЯ ТОКОМ КЗ

Для определения температуры нагрева жил кабелей током КЗ при выборе их по условиям термической стойкости и невозгораемости рекомендуется пользоваться номограммой для выбора силовых кабелей при токах КЗ длительностью до 4 с (рис.1).

Номограмма построена с учетом уравнения (1), выражающего зависимость температуры жилы непосредственно после короткого замыкания от температуры жилы до КЗ, режима КЗ, конструктивных и теплофизических параметров жилы:

где Qк — температура жилы в конце КЗ, °С;

Qн — температура жилы до КЗ, °С;

Рис. 1. Номограмма для выбора силовых кабелей при токах КЗ

а — величина, обратная температурному коэффициенту электрического сопротивления при 0 °С, °С; а = 228°С.

где b — постоянная, характеризующая теплофизические характеристики материала жилы, мм4/(кА2·с):

для алюминия b = 45,65 мм4/(кА2·с),

для меди b = 19,58 мм4/(кА2·с);

I2t — суммарный тепловой импульс (I — действующее значение тока КЗ, кА; t — длительность тока КЗ, с).

Суммарный тепловой импульс определяется как сумма тепловых импульсов от каждого источника тока.

На номограмме по горизонтальной оси отложены значения температуры жилы до КЗ (Qн), а по вертикальной — значение температуры жилы после КЗ (Ок) и значения коэффициента К, характеризующего взаимосвязь между тепловым импульсом, сечением жилы и теплофизическими характеристиками материала жилы.

Значение начальной температуры жилы до КЗ может быть определено по формуле

где Qo — фактическая температура окружающей среды, °С;

Qдд — длительно допустимая температура токопроводящих жил кабеля, °С;

Qокр — температура окружающей среды: для кабелей в земле 15°С, для кабелей на воздухе 25°С;

Iраб — рабочий ток, А;

Iдд — длительно допустимый ток нагрузки кабеля, А.

В режиме АПВ и АВР значение начальной температуры принимается равным значению температуры после первого воздействия тока КЗ. По номограмме могут быть определены:

— значения Qк для данного режима тока КЗ (теплового импульса) в режиме без и с АПВ и АВР;

— значения теплового импульса в кабеле определенного сечения по заданным условиям (температурам) термической стойкости и возгорания кабелей;

— сечение кабелей для данного значения теплового импульса и заданных условий (температур) термической стойкости и возгорания кабелей.

Определение Qк. По режимам работы конкретной линии рассчитывают значения Qн и коэффициента К, находят точку пересечения вертикальной (Qн) и наклонной (К) линии и на вертикальной оси определяют значение Qк. Так, для Qн = 50°С и К = 0,7 Qк = 330°С.

Определение теплового импульса и сечения кабеля. Для допустимой температуры термической стойкости (или температуры возгорания) и установленного по режимам работы Qн в точке пересечения горизонтальной и вертикальной линии определяют коэффициент К и по формуле (2) рассчитывают значение теплового импульса или сечение кабеля. Так, для Qк = 350°С и Qн = 50°С К = 0,733.

Приложение 2

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ТЕПЛОВЫХ ИМПУЛЬСОВ

При проверке кабелей на невозгорание расчет токов КЗ и тепловых импульсов (интегралов Джоуля) следует проводить, руководствуясь ГОСТ 28249-93 "Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ", ГОСТ 27514-87 "Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ" и ГОСТ 30323-95 "Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия тока короткого замыкания", а также "Методическими указаниями по расчету токов короткого замыкания в сети напряжением до 1 кВ электростанций и подстанций с учетом влияния электрической дуги" (М.: СПО ОРГРЭС, 1993).

1. Расчет токов КЗ

При проверке кабелей на невозгорание рассчитывается ток трехфазного металлического короткого замыкания в начале проверяемого кабеля.

При этом допускается принимать точку КЗ за отрезками кабеля длиной 50 м от начала (кабели напряжением до 10 кВ) и 20 м (кабели напряжением до 1 кВ).

Расчет токов КЗ для проверки кабелей на невозгорание проводить с учетом следующего:

1.1. Учитывается влияние тока подпитки от асинхронных электродвигателей на полный ток КЗ:

— в сети 0,4 кВ — в том случае, если суммарный номинальный ток одновременно включенных электродвигателей превышает 10% начального значения периодической составляющей тока КЗ, рассчитанного без учета электродвигателей. При этом следует учитывать электродвигатели, непосредственно примыкающие к месту КЗ, а также электродвигатели секций, объединяемых действием АВР;

— в сети 6 кВ — учитывать одновременно включенные электродвигатели мощностью 100 кВт и более, если они не отделены от точки КЗ токоограничивающими реакторами или силовыми трансформаторами.

1.2. Ток подпитки места КЗ от асинхронных электродвигателей рассчитывается без учета апериодической составляющей.

1.3. В расчетах периодической составляющей тока подпитки места КЗ от асинхронных электродвигателей 6,0 кВ допускается не учитывать их активное сопротивление.

1.4. В расчетах сети 0,4 кВ следует считать ток трехфазного КЗ с учетом переходного сопротивления электрической дуги в месте КЗ и увеличение активных сопротивлений кабелей от протекающего тока трехфазного КЗ по ГОСТ 28249-93 (таблица 2) и по "Методическим указаниям по расчету токов короткого замыкания в сети напряжением до 1 кВ электростанций и подстанций с учетом влияния электрической дуги".

1.5. Электродвигатели 0,4 кВ, подключенные ко вторичным сборкам, в расчетах не учитываются.

2. Расчет тепловых импульсов от токов КЗ

Тепловой импульс от тока КЗ определять как сумму интегралов Джоуля от периодической и апериодической составляющих тока КЗ по ГОСТ 30323-95.

За продолжительность КЗ принимать время от начала КЗ до его отключения (tоткл), равное времени действия резервной релейной защиты (в зоне которой находится проверяемый кабель) и полному времени отключения выключателя.

При расчете теплового импульса для присоединений секций собственных нужд 6,0 и 0,4 кВ в качестве резервной защиты принимать защиту ввода питания секции или трансформатора 6,0/0,4 кВ (токовая, дистанционная и другие защиты от многофазных КЗ). Для присоединений 0,4 кВ допускается принимать в качестве резервной защиту с выносными реле и трансформаторами тока.

При проверке кабелей на невозгорание для присоединений СН с асинхронными электродвигателями в точках КЗ, удаленных от генераторов и синхронных компенсаторов (отделены трансформаторами или реакторами), тепловой импульс (кА2·с) с временем отключения тока КЗ 0,4 с и более рассчитывается по формуле

где Iпос — начальное значение периодической составляющей тока КЗ от удаленных источников (система, генератор), кА;

Таэ — эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ от удаленных источников, равная 0,1 с для сети 6,0 кВ и 0,02 с для сети 0,4 кВ;

Iпоад — начальное значение периодической составляющей тока подпитки от асинхронных электродвигателей, равное сумме номинальных токов одновременно включенных электродвигателей, увеличенной в 4,5 раза для сети 0,4 кВ и в 5,5 раза для сети 6,0 кВ, кА.

Значения расчетных допустимых длительных токов для кабелей, прокладываемых в воздухе, приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 – Значения расчетных допустимых длительных токов для кабелей с медными и

алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной изоляцией, прокладываемых в воздухе

Сечение жилы, мм2

Токовые нагрузки для трехжильных кабелей, А

1 кВ

6 кВ

10 кВ

6

53/40

-

-

10

73/55

68/48

-

16

97/72

86/64

80/60

25

127/95

114/83

103/78

35

157/118

140/102

127/95

50

195/146

175/128

157/118

70

247/180

213/156

196/144

95

301/218

259/187

238/174

120

348/261

299/217

274/210

150

400/300

343/249

313/237

185

451/342

386/291

352/267

240

522/402

448/340

408/311

Примечания

1. Нагрузки для кабелей с алюминиевыми жилами указаны в знаменателе.

2. Нагрузки для трехжильных кабелей 1 кВ действительны и для четырехжильных кабелей с нулевой жилой меньшего сечения.

3. Нагрузки для четырехжильных кабелей с жилами равного сечения определяются умножением нагрузок для трехжильных кабелей на коэффициент 0,93.

Таблица 3 – Значения расчетных допустимых длительных токов для кабелей на напряжение 1 кВ с резиновой

и пластмассовой изоляцией, с медными и алюминиевыми жилами, прокладываемых в воздухе

Сечение жилы, мм2

Токовые нагрузки, А

одножильных

двухжильных

трехжильных

1,5

29/-

24/-

20/-

2,5

40/30

33/25

26/20

4,0

53/40

44/34

34/27

6,0

67/51

56/43

46/34

10

91/69

76/58

62/47

16

121/93

101/77

81/62

25

160/122

134/103

107/82

35

197/151

166/127

131/102

50

247/189

208/159

165/127

70

318/233

264/195

211/156

95

386/284

321/239

255/190

120

450/330

375/276

299/220

150

521/380

423/319

345/254

185

594/436

493/366

392/292

240

704/515

584/432

465/344

Примечания

1. Нагрузки для кабелей с алюминиевыми жилами указаны в знаменателе.

2. Нагрузки для кабелей с резиновой изоляцией определяются умножением нагрузок, приведенных в таблице, на коэффициент 0,95.

3. Нагрузки для кабелей с изоляцией из вулканизированного полиэтилена определяются умножением нагрузок, приведенных в таблице, на коэффициент 1,16.

4. Нагрузки для одножильных кабелей даны для одного кабеля, проложенного открыто, а для двух, трех и четырех одножильных кабелей, проложенных в одной трубе, следует руководствоваться графами для двухжильных и трехжильных кабелей с учетом пунктов 5 и 6 данных примечаний при открытой электропроводке, а при скрытой электропроводке эти нагрузки должны быть умножены на коэффициент 0,85.

5. Нагрузки для трехжильных кабелей действительны и для четырехжильных кабелей с нулевой жилой меньшего сечения.

6. Нагрузки для четырехжильных кабелей с жилами равного сечения определяются умножением нагрузок для трехжильных кабелей на коэффициент 0,882.


Описание программы:
В разделе сайта представлена теория проверки кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания.

Ключевые слова:
Проверка кабелей на невозгорание на действующих энергетических объектах, значения расчетных температур токопроводящих жил кабелей, пригодность кабелей к дальнейшей эксплуатации, определение температуры нагрева жил кабеля током короткого замыкания, номограмма для выбора силовых кабелей при токах КЗ, расчет токов короткого замыкания и тепловых импульсов

Библиографическая ссылка на ресурс "Онлайн Электрик":
Алюнов, А.Н. Онлайн Электрик: Интерактивные расчеты систем электроснабжения / А.Н. Алюнов. - Режим доступа: http://online-electric.ru