Ele-prof.ru

Электро отопление
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Проверка выбранного сечения на термическую стойкость

Проверка выбранного сечения на термическую стойкость

Токи КЗ вызывают нагрев токоведущих частей, значительно превышающий нормальный. Чрезмерное повышение температуры может привести к повреждению изоляции, разрушению контактов и даже к их плавлению, несмотря на кратковременность процесса КЗ. После отключения поврежденного участка прохождение тока КЗ прекращается, токоведущие части охлаждаются.

При выборе токоведущих частей необходимо найти конечную температуру нагрева токами КЗ с учетом периодической и апериодической составляющих. Этот расчет достаточно трудоемкий, поэтому термическую стойкость обычно проверяют определением минимально допустимого сечения по условию допустимого нагрева при КЗ:

где — тепловой импульс тока КЗ, А 2 с; — постоянная затухания апериодической составляющей ( – результирующие индуктивное сопротивления схемы относительно точки КЗ; — угловая частота, ); — время отключения КЗ, с; — время действия основной защиты, с; — полное время отключения выключателя, с; — коэффициент, зависящий от допустимой температуры при КЗ и материала проводника.

Его рекомендуемые значения приведены ниже:

— шины медные — 170;

— шины алюминиевые — 71-90;

— кабели до 10 кВ с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами — 90;

— кабели и провода с поливинилхлоридной изоляцией, алюминиевыми жилами — 75;

— то же с полиэтиленовой изоляцией — 65;

Выбранные шины или кабель термически стойки, если их сечение больше

Проверка аппаратов на термическую стойкость производится по току термической стойкости , заданному заводом-изготовителем, и расчетному времени термической стойкости по каталогу . Аппарат термически стоек,

Кабель ААШв 3 x 10 + 1 х 6 мм 2 проходит по нагреву длительным током. Выбираем сечение жил кабеля по нагреву током КЗ. С этой целью определим тепловой импульс тока КЗ:

(39)

где — постоянная затухания апериодической составляющей, с; — время отключения КЗ, с;

2 ? (0,6 + 0,01) = 0,5 кА 2sup>?с

Минимальное сечение жил кабеля по термической стойкости составит:

где – коэффициент, зависящий от допустимой температуры при КЗ и

материала проводника. Его рекомендуемые значения приведены ниже:

— кабели до 10 кВ с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами = 90;

— кабели и провода с полиэтиленовой изоляцией, алюмин. жилами = 65.

Ближайшим стандартным сечением для кабеля данной марки будет Fст = 10 мм 2 .Таким образом, для присоединения трансформаторов подстанции выбираем кабель ААШв 3 x 10 + 1 х 6 мм 2 .

Аналогично рассчитываем токи короткого замыкания для остальных линий, отходящих от ЗТП, проверяем их сечения на термическую стойкость и сводим расчетные данные в таблицу 6.

Остальные расчеты производим анолгично.

Таблица 22Расчет токов короткого замыкания и проверка сечений на термическую стойкость

Номер линииМарка кабели или проводаСопротивлениеТоки короткого замыканияТепловой импульс тока КЗ Втер кА 2 ?сСечение по термической стойкости F мм 2Стандартное сечение по термической стойкости Fст, мм 2
RлмОмZлмОмХл мОмIК (3) кАIК (2) кАIК (1) кА
1; 2ААШВ 3х10+1х6238,7238,70,910,790,350,57,86
3;4ААШВ 3х10+1х6220,1220,10,980,850,320,68,6
5;6ААШВ 3х10+1х61,671,450,541,714,5
7;8ААШВ 3х10+1х6300,7300,70,730,640,240,336,4
9;10ААШВ 3х10+1х6576,6576,60,390,340,130,13,5
11;12ААШВ 3х10+1х6375,1375,10,590,510,20,24,5
ААШВ 3х120+1х951,711,7110,42,9866,4972,4
САПсш 3х25+1х35 САПсш 3х16+1х25155,58,51,361,180,631,316,3
САПсш 3х16+1х25315,2315,616,50,70,60,340,38,4
САПсш 3х35+1х50 САПсш 3х16+1х2543,4 171,9215,80,870,470,61

Из рассчитанных данных можно сделать вывод, что линии 5 и 6 не проходят проверку на термическую стойкость. Руководствуясь рассчитанным стандартным сечением по термической стойкости Fст принимаем на данных линиях кабель марки ААШв сечением 3 x 16 + 1 х 10 мм 2 .

Выбор и проверка силовых кабелей на соответствие их параметров расчетным при коротких замыканиях

Силовые кабели выбирают по расчетному току, номинальному напряжению, способу прокладки, условиям окружающей среды и проверяют на термическую устойчивость при коротком замыкании путем расчета минимальной площади сечения токоведущей жилы по формуле:

где — ?т.у – минимальная площадь сечения токоведущей жилы кабеля; ?– установившейся ток короткого замыкания; ?пр – приведенное время короткого замыкания, сек, в течение которого установившейся ток ? выделяет такое же количество теплоты, что и изменяющийся ток короткого замыкания за действительное время; С – термический коэффициент, соответствующий разности значений теплоты, выделенной в проводнике после и до короткого замыкания, значения которого принимаются для кабелей с медными жилами С = 141, с алюминиевыми С = 85.

После расчета минимальной площади сечения токоведущей жилы по термической устойчивости уточняют сечение токоведущих жилы силовых кабелей с учетом установленной мощности электроприемников и проверяют его по допустимым потерям напряжения, термической стойкости к воздействию токов КЗ и на невозгорание при протекании токов КЗ.

Проверка силовых кабелей на невозгорание при протекании тока КЗ осуществляется из предположения, что максимальный ток, протекающий в кабеле, равен действующему значению тока короткого замыкания в начале линии.

Проверка силовых кабелей на нагрев при протекании тока КЗ производится в соответствии с циркуляром Ц02-98 (Э) «О проверке кабелей на невозгорание при протекании тока короткого замыкания». Проверка производится для каждого выбранного сечения кабелей, при этом для проверки выбирается кабельная линия с наиболее «тяжелыми» условиями, т.е. с максимальным значением тока КЗ в начале линии.

Температура жилы силового кабеля при протекании тока КЗ определятся по формуле:

где ϑн – максимальная температура жилы до КЗ; ? = 228 ℃ − величина, обратная температурному коэффициенту электрического сопротивления при 0 ℃;

Читайте так же:
Конденсатор для ограничения тока светодиода

где ϑн– фактическая температура окружающей среды, ℃ ; ϑдд– длительно допустимая температура токопроводящих жил кабеля, ℃ ; ϑокр – температура окружающей среды:

  • для кабелей в земле 15 ℃ ;
  • для кабелей на воздухе 25 ℃ ;

?раб – рабочий ток, А; ?дд – длительно допустимый ток нагрузки кабеля, А;

где b – постоянная, характеризующая теплофизические характеристики материала токопроводящей жилы:

(?к) ∙ ? – суммарный тепловой импульс;

?к –действующее значение тока КЗ, кА;

t – длительность тока КЗ (время срабатывания резервной защиты вышестоящего АВ), с;

S – сечение токоведущей жилы кабеля, мм 2 .

Термическая стойкость проводника обеспечивается, если площадь сечения S, мм 2 , удовлетворяет неравенству: ? ≥ ?тер . где ? ≥ ?тер . — минимальное сечение проводника по условию термической стойкости, мм 2 , которое следует определять по формуле:

?откл – время срабатывания защиты, зависящее от уровня напряжения (регламентированное время отключения тока КЗ), для сетей 220 кВ обычно принимается равным 0,1 с;

– параметр, принимаемый по таблице 8 стандарта ГОСТ Р 52736-2007 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта электродинамического и термического действия токов короткого замыкания» и значения которого равны:

  • для кабеля 220 кВ – 90;
  • для кабеля 10 кВ – 65.

Отметим, что температура жилы силового кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена не должна превышать 350 градусов Цельсия.

Термическая стойкость электропроводящего экрана силового кабеля обеспечивается, если обеспечивается следующее условие:

где – ?д.э – допустимый ток медного экрана, кА, значения которого:

  • для кабеля 220 кВ (сечение экрана 120 мм2) – 24,36 кА;
  • для кабеля 10 кВ (сечение экрана 25 мм2) – 19,2 кА.

– ток двухфазного короткого замыкания, кА.

Основным назначением экрана является обеспечение равномерности электрического поля, воздействующего на главную изоляцию кабеля (изоляцию «жила-экран»), что достигается только в случае заземления экрана. Поэтому электропроводящая оболочка кабеля (экран), как правило, заземлена на его концах и в ряде промежуточных точек (муфтах или транспозиционных узлах). При этом для токов нагрузки образуется путь в земле, параллельный проводнику. В этом отношении металлическая оболочка кабеля аналогична заземленным тросам у воздушной линии. На распределение тока между оболочкой и землей существенное влияние оказывает не только собственное сопротивление оболочки (экрана), но и сопротивление ее заземлений, значения которых зависят от характера прокладки кабеля (траншея, блоки, туннель, эстакада и т.д.) и ряда других факторов.

В однофазном режиме ток нагрузки протекает по экрану и земляному каналу, обладающего сопротивлением ?з (рис. 1).

Активное сопротивление линии «экран – земля» складывается из активного сопротивления экрана ?э и дополнительного сопротивления ?з, учитывающего потери активной мощности в земле от протекающего в ней тока:

На частоте ? = 50 Гц удельное сопротивление земли ?з = 0,05 Ом⁄км, что свидетельствует о практическом постоянстве потерь активной мощности в земле при заданной частоте.

Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена в однофазном включении Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена - схема замещения

Рис. 1. Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена: а) в однофазном включении; б) схема замещения

Сопротивление, обусловленное взаимоиндукцией между двумя параллельными линиями «провод-земля» с расстоянием ? ≪ ?з между осями их проводов:

где , м, – эквивалентная глубина возврата тока через землю.

На промышленной частоте 50 Гц и среднем значении удельной проводимости земли ? = 10 −4 (Ом ∙ см) −1 , получим ?з = 935 м.

Заземление экранов с двух сторон

Рис. 2. Заземление экранов с двух сторон трех однофазных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

При отсутствии данных о проводимости земли обычно принимают

Отметим, что взаимоиндукция с другими фазами уменьшает сопротивление фазы для токов прямой (обратной) последовательности и увеличивает его для токов нулевой.

При расчете режима экранов однофазных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена в трехфазном включении необходимо учитывать взаимоиндукцию с другими фазами (рис. 2) с учетом расстояния между центрами кабелей при выбранном способе прокладки.

Кабельные линии. Выбор сечения с учетом тока КЗ.

В настоящее время в сетях классов напряжения от 6 до 500 кВ активно применяются однофазные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, имеющие медный экран. Выбор сечения экрана – одна из важных задач, которую приходится решать при проектировании кабельных линий.

Производители кабелей стремятся облегчить потребителям выбор сечений экрана и в своих каталогах приводят зависимость этого параметра от величины тока КЗ и длительности его отключения, причем у разных фирм расчетные данные не совпадают. Михаил Викторович Дмитриев предлагает уточнить эти данные в части учета апериодической составляющей тока короткого замыкания.

ЭКРАНЫ ОДНОФАЗНЫХ КАБЕЛЕЙ 6–500 кВ

Выбор сечения с учетом апериодической составляющей тока КЗ

Действующий ГОСТ Р МЭК 60949-2009 «Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева», к сожалению, излишне детален и по этой причине практически не применяется.

В сложившихся условиях оправданным оказывается применение простых методов теплового расчета кабелей, точность которых, хотя и не очень велика, но вполне соответствует неопределенности исходных данных. Поэтому большинство проектировщиков не используют стандарт МЭК, а ориентируются на каталоги кабельных заводов, где даны готовые зависимости сечения экрана кабеля от величины тока КЗ и длительности его отключения.

КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ В КАБЕЛЕ

Конструкция однофазного кабеля 6–500 кВ включает жилу, изоляцию, медный экран, полиэтиленовую оболочку. При повреждении изоляции однофазного кабеля ток КЗ IК от сети проходит по жиле кабеля до места повреждения, далее через поврежденную изоляцию попадает в экран, по которому идет в его заземляющие устройства, расположенные в одном или в обоих концах кабеля.

У всех производителей кабелей при выборе сечения жилы в каталогах дается один и тот же коэффициент КЖ = 0,143 кА/мм2 (медная жила). Что касается выбора сечения медного экрана, то здесь у фирм нет единого мнения, и коэффициенты КЭ в разных каталогах различаются, находясь в диапазоне от КЭ = 0,153 до КЭ = 0,203 кА/мм2 (минимальное и максимальное значение отличаются примерно на 30%). Это означает, что и сечения экранов кабелей, выбранные по (2), будут отличаться у продукции разных компаний на величину до 30%.

Читайте так же:
Как подключить двухклавишный выключатель света проходной

Конструкция однофазных кабелей 6–500 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена, а также применяемые технологии и материалы, у производителей в известной мере идентичны. Поэтому не может не вызвать удивления различие до 30% приводимых в каталогах значений КЭ (при том что значения КЖ полностью совпадают).

В каталогах АВВ, Nexans, «Южкабеля», «Севкабеля», «Электрокабеля» (Кольчугино) для проверки соответствия сечения жилы токам КЗ используется коэффициент КЖ = 0,143 кА/мм2.

Рост тепловыделения означает увеличение нагрева жилы и экрана. Например, если без учета апериодической составляющей тока за время КЗ экран кабеля нагревался от ТН = 80 °С до ТК = 350 °С, т.е. на ΔТЭ = ТК – ТН = = 270 °С, то с учетом КА = 1,698 нагрев экрана соразмерно возрастет до ΔТЭ = 1,698 • 270 = 460 °С. Значит, после нагрева температура экрана составит около ТК = ΔТЭ + ТН = 460 + 80 = = 540 °С (цифры указаны без учета тепла, отводимого от экрана в изоляцию и оболочку, т.е. предполагается адиабатический характер процесса).

Очевидно, что апериодическая составляющая тока КЗ сети требует учета при проверке (при выборе) сечений жилы и экрана, особенно при малом времени отключения. Однако прежде следует определить правила выбора закладываемого в расчеты времени отключения КЗ, от которого существенно зависит КА и роль апериодической составляющей.

Время отключения КЗ определяется тем, какие именно защиты (основные, резервные) будут отключать кабель и какие у них выдержки времени. Выбор закладываемого в расчеты времени отключения также было бы уместно увязать со степенью ответственности кабельной линии, ведь для наиболее важных линий можно сделать излишние запасы по времени, а для второстепенных – проводить выбор сечений при минимальных выдержках времени, экономя на сечении экрана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Роль апериодической составляющей в нагреве жилы и экрана зависит от времени отключения КЗ. При малом времени роль апериодической составляющей существенно возрастает, а конечная температура жилы и экрана, сечение которых выбрано по распространенной формуле (2), может значительно превзойти допустимые значения, составляющие соответственно 250 и 350 °С.

В настоящее время от перегрева изоляции КЛ спасает то, что кабельные линии недогружены и перед КЗ температура жилы и экрана составляет не 80–90 °С, как в (2), а не более 20–30 °С; сечение жилы и экрана проверяется в течение 1 с, тогда как на самом деле время отключения КЗ даже с учетом действия УРОВ не превосходит 0,6–0,8 с.

К сожалению, в настоящее время отсутствуют четкие правила выбора времени и среди проектировщиков нет единого мнения о том, на действие какой защиты (основной или резервной) надо ориентироваться. Поэтому появление в формуле (6) для проверки термической стойкости жилы и экрана нового коэффициента KA, входящего в произведение KA tK, – это удобный повод для специалистов отрасли обсудить и отразить в стандартах правила выбора tK.

ПУЭ: Глава 1.4. Выбор электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания

1.4.1. Настоящая глава Правил распространяется на выбор и применение по условиям КЗ электрических аппаратов и проводников в электроустановках переменного тока частотой 50 Гц, напряжением до и выше 1 кВ.

Общие требования

1.4.2. По режиму КЗ должны проверяться (исключения см. в 1.4.3):

1. В электроустановках выше 1 кВ:

а) электрические аппараты, токопроводы, кабели и другие проводники, а также опорные и несущие конструкции для них;

б) воздушные линии электропередачи при ударном токе КЗ 50 кА и более для предупреждения схлестывания проводов при динамическом действии токов КЗ.

Кроме того, для линий с расщепленными проводами должны быть проверены расстояния между распорками расщепленных проводов для предупреждения повреждения распорок и проводов при схлестывании.

Провода ВЛ, оборудованные устройствами быстродействующего автоматического повторного включения, следует проверять и на термическую стойкость.

2. В электроустановках до 1 кВ — только распределительные щиты, токопроводы и силовые шкафы. Трансформаторы тока по режиму КЗ не проверяются.

Аппараты, которые предназначены для отключения токов КЗ или могут по условиям своей работы включать короткозамкнутую цепь, должны, кроме того, обладать способностью производить эти операции при всех возможных токах КЗ.

Стойкими при токах КЗ являются те аппараты и проводники, которые при расчетных условиях выдерживают воздействия этих токов, не подвергаясь электрическим, механическим и иным разрушениям или деформациям, препятствующим их дальнейшей нормальной эксплуатации.

1.4.3. По режиму КЗ при напряжении выше 1 кВ не проверяются:

1. Аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями с вставками на номинальный ток до 60 А, — по электродинамической стойкости.

2. Аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями независимо от их номинального тока и типа, — по термической стойкости.

Цепь считается защищенной плавким предохранителем, если его отключающая способность выбрана в соответствии с требованиями настоящих Правил и он способен отключить наименьший возможный аварийный ток в данной цепи.

3. Проводники в цепях к индивидуальным электроприемникам, в том числе к цеховым трансформаторам общей мощностью до 2,5 МВ·А и с высшим напряжением до 20 кВ, если соблюдены одновременно следующие условия:

а) в электрической или технологической части предусмотрена необходимая степень резервирования, выполненного так, что отключение указанных электроприемников не вызывает расстройства технологического процесса;

б) повреждение проводника при КЗ не может вызвать взрыва или пожара;

в) возможна замена проводника без значительных затруднений.

4. Проводники к индивидуальным электроприемникам, указанным в п. 3, а также к отдельным небольшим распределительным пунктам, если такие электроприемники и распределительные пункты являются неответственными по своему назначению и если для них выполнено хотя бы только условие, приведенное в п. 3, б.

Читайте так же:
L42sf dsm уменьшить ток подсветки

5. Трансформаторы тока в цепях до 20 кВ, питающих трансформаторы или реактированные линии, в случаях, когда выбор трансформаторов тока по условиям КЗ требует такого завышения коэффициентов трансформации, при котором не может быть обеспечен необходимый класс точности присоединенных измерительных приборов (например, расчетных счетчиков); при этом на стороне высшего напряжения в цепях силовых трансформаторов рекомендуется избегать применения трансформаторов тока, не стойких к току КЗ, а приборы учета рекомендуется присоединять к трансформаторам тока на стороне низшего напряжения.

6. Провода ВЛ (см. также 1.4.2, п. 1, б).

7. Аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при расположении их в отдельной камере или за добавочным резистором, встроенным в предохранитель или установленным отдельно.

1.4.4. При выборе расчетной схемы для определения токов КЗ следует исходить из предусматриваемых для данной электроустановки условий длительной ее работы и не считаться с кратковременными видоизменениями схемы этой электроустановки, которые не предусмотрены для длительной эксплуатации (например, при переключениях). Ремонтные и послеаварийные режимы работы электроустановки к кратковременным изменениям схемы не относятся.

Расчетная схема должна учитывать перспективу развития внешних сетей и генерирующих источников, с которыми электрически связывается рассматриваемая установка, не менее чем на 5 лет от запланированного срока ввода ее в эксплуатацию.

При этом допустимо вести расчет токов КЗ приближенно для начального момента КЗ.

1.4.5. В качестве расчетного вида КЗ следует принимать:

1. Для определения электродинамической стойкости аппаратов и жестких шин с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями — трехфазное КЗ.

2. Для определения термической стойкости аппаратов и проводников — трехфазное КЗ; на генераторном напряжении электростанций — трехфазное или двухфазное в зависимости от того, какое из них приводит к большему нагреву.

3. Для выбора аппаратов по коммутационной способности — по большему из значений, получаемых для случаев трехфазного и однофазного КЗ на землю (в сетях с большими токами замыкания на землю); если выключатель характеризуется двумя значениями коммутационной способности — трехфазной и однофазной — соответственно по обоим значениям.

1.4.6. Расчетный ток КЗ следует определять, исходя из условия повреждения в такой точке рассматриваемой цепи, при КЗ в которой аппараты и проводники этой цепи находятся в наиболее тяжелых условиях (исключения см. в 1.4.7 и 1.4.17, п. 3). Со случаями одновременного замыкания на землю различных фаз в двух разных точках схемы допустимо не считаться.

1.4.7. На реактированных линиях в закрытых распределительных устройствах проводники и аппараты, расположенные до реактора и отделенные от питающих сборных шин (на ответвлениях от линий — от элементов основной цепи) разделяющими полками, перекрытиями и т. п., набираются по току КЗ за реактором, если последний расположен в том же здании и соединение выполнено шинами.

Шинные ответвления от сборных шин до разделяющих полок и проходные изоляторы в последних должны быть выбраны исходя из КЗ до реактора.

1.4.8. При расчете термической стойкости в качестве расчетного времени следует принимать сумму времен, получаемую от сложения времени действия основной защиты (с учетом действия АПВ), установленной у ближайшего к месту КЗ выключателя, и полного времени отключения этого выключателя (включая время горения дуги).

При наличии зоны нечувствительности у основной защиты (по току, напряжению, сопротивлению и т. п.) термическую стойкость необходимо дополнительно проверять, исходя из времени действия защиты, реагирующей на повреждение в этой зоне, плюс полное время отключения выключателя. При этом в качестве расчетного тока КЗ следует принимать то значение его, которое соответствует этому месту повреждения.

Аппаратура и токопроводы, применяемые в цепях генераторов мощностью 60 МВт и более, а также в цепях блоков генератор — трансформатор такой же мощности, должны проверяться по термической стойкости, исходя из времени прохождения тока КЗ 4 с.

Определение токов короткого замыкания для выбора аппаратов и проводников

1.4.9. В электроустановках до 1 кВ и выше при определении токов КЗ для выбора аппаратов и проводников и определения воздействия на несущие конструкции следует исходить из следующего:

1. Все источники, участвующие в питании рассматриваемой точки КЗ, работают одновременно с номинальной нагрузкой.

2. Все синхронные машины имеют автоматические регуляторы напряжения и устройства форсировки возбуждения.

3. Короткое замыкание наступает в такой момент времени, при котором ток КЗ будет иметь наибольшее значение.

4. Электродвижущие силы всех источников питания совпадают по фазе.

5. Расчетное напряжение каждой ступени принимается на 5% выше номинального напряжения сети.

6. Должно учитываться влияние на токи КЗ присоединенных к данной сети синхронных компенсаторов, синхронных и асинхронных электродвигателей. Влияние асинхронных электродвигателей на токи КЗ не учитывается при мощности электродвигателей до 100 кВт в единице, если электродвигатели отделены от места КЗ одной ступенью трансформации, а также при любой мощности, если они отделены от места КЗ двумя или более ступенями трансформации либо если ток от них может поступать к месту КЗ только через те элементы, через которые проходит основной ток КЗ от сети и которые имеют существенное сопротивление (линии, трансформаторы и т. п.).

1.4.10. В электроустановках выше 1 кВ в качестве расчетных сопротивлений следует принимать индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, а также токопроводов. Активное сопротивление следует учитывать только для ВЛ с проводами малых сечений и стальными проводами, а также для протяженных кабельных сетей малых сечений с большим активным сопротивлением.

Читайте так же:
Максимальный ток который выдерживает кабель

1.4.11. В электроустановках до 1 кВ в качестве расчетных сопротивлений следует принимать индуктивные и активные сопротивления всех элементов цепи, включая активные сопротивления переходных контактов цепи. Допустимо пренебречь сопротивлениями одного вида (активными или индуктивными), если при этом полное сопротивление цепи уменьшается не более чем на 10%.

1.4.12. В случае питания электрических сетей до 1 кВ от понижающих трансформаторов при расчете токов КЗ следует исходить из условия, что подведенное к трансформатору напряжение неизменно и равно его номинальному напряжению.

1.4.1З. Элементы цепи, защищенной плавким предохранителем с токоограничивающим действием, следует проверять на электродинамическую стойкость по наибольшему мгновенному значению тока КЗ, пропускаемого предохранителем.

Выбор проводников и изоляторов, проверка несущих конструкций по условиям динамического действия токов короткого замыкания

1.4.14. Усилия, действующие на жесткие шины и передающиеся ими на изоляторы и поддерживающие жесткие конструкции, следует рассчитывать по наибольшему мгновенному значению тока трехфазного КЗ ip с учетом сдвига между токами в фазах и без учета механических колебаний шинной конструкции. В отдельных случаях (например, при предельных расчетных механических напряжениях) могут быть учтены механические колебания шин и шинных конструкций.

Импульсы силы, действующие на гибкие проводники и поддерживающие их изоляторы, выводы и конструкции, рассчитываются по среднеквадратическому (за время прохождения) току двухфазного замыкания между соседними фазами. При расщепленных проводниках и гибких токопроводах взаимодействие токов КЗ в проводниках одной и той же фазы определяется по действующему значению тока трехфазного КЗ.

Гибкие токопроводы должны проверяться на схлестывание.

1.4.15. Найденные расчетом в соответствии с 1.4.14 механические усилия, передающиеся при КЗ жесткими шинами на опорные и проходные изоляторы, должны составить в случае применения одиночных изоляторов не более 60% соответствующих гарантийных значений наименьшего разрушающего усилия; при спаренных опорных изоляторах — не более 100% разрушающего усилия одного изолятора.

При применении шин составных профилей (многополосные, из двух швеллеров и т. д.) механические напряжения находятся как арифметическая сумма напряжений от взаимодействия фаз и взаимодействия элементов каждой шины между собой.

Наибольшие механические напряжения в материале жестких шин не должны превосходить 0,7 временного сопротивления разрыву по ГОСТ.

Выбор проводников по условиям нагрева при коротком замыкании

1.4.16. Температура нагрева проводников при КЗ должна быть не выше следующих предельно допустимых значений, °С:

Проверка кабелей электроустановок напряжением до 1 кВ на термическую стойкость и невозгорание

При протекании тока короткого замыкания (КЗ) по кабелям, их токопроводящие жилы нагреваются, что в ряде случаев приводит к разрыву оболочек кабелей, разрушению концевых заделок, пожару в кабельных сооружениях и большим материальным потерям. Даже в тех случаях, когда пожар не возникает, физико-химические свойства изоляции кабелей существенно изменяются и возрастает вероятность их последующего электрического пробоя, что в конечном итоге также приводит к значительным материальным потерям. Для предотвращения пожаров и поддержания надежности электроустановок на приемлемом уровне необходимо, при выборе силовых кабелей, учитывать максимально возможные термические действия токов КЗ, а в процессе эксплуатации, после каждого КЗ, необходимо выполнять расчет температуры токопроводящих жил и заменять кабели с расчетными значениями температуры, превысившими предел термической стойкости. Указанные цели применительно к электроустановкам переменного тока напряжением до 1 кВ, в настоящее время, трудно достижимы из-за отсутствия четких и однозначных критериев для принятия решений, из-за недостаточной распространенности современных методик и средств расчета КЗ.

Неоднозначность критериев проявляется в расхождении требований по расчетным условиям проверки, сформулированных в государственном стандарте и в отраслевых научно-технических документах. Согласно действующему государственному стандарту [1], в качестве расчетной точки КЗ следует принимать такую точку на расчетной схеме, при КЗ в которой проводник подвергается наибольшему термическому воздействию. Очевидно, что наибольшее термическое воздействие будет при КЗ в начале кабельной линии. Однако отраслевая научно-техническая документация допускает проведение выбора и проверок силовых кабелей, в электроустановках напряжением до 1 кВ на не возгорание, по условиям КЗ, удаленного от начала кабельной линии на 20 метров. Государственный стандарт и отраслевые научно-технические документы не дают четкого ответа и на вопрос какое КЗ, металлическое или дуговое, следует рассматривать при выборе и проверке кабелей на термическую стойкость и не возгораемость.

С точки зрения практики и опыта эксплуатации электроустановок, критерием выбора и проверки кабелей по условиям термического действия токов КЗ должно быть расчетное максимальное значение температуры жил кабелей к моменту отключения дугового КЗ в начале кабельной линии или металлического КЗ в конце кабельной линии. КЗ, возникшее между головной и концевой разделками кабелей может быть только дуговым, т. к. металлическое соединение, с контактным давлением, превышающим электродинамические силы, раздвигающие замкнувшиеся проводники, по длине кабеля практически ничем не может быть обеспечено. Многочисленные эксперименты с КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ, показали, что металлическое КЗ возникает лишь при искусственно созданных условиях, например, при наложении термически стойкой штатной закоротки. Если закоротка наложена в начале кабельной линии, то ток КЗ от источника по кабелям протекать не будет и, следовательно, металлическое КЗ может рассматриваться в качестве расчетного вида лишь в конце кабельной линии.

Современная методика расчета КЗ в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ, рекомендованная ГОСТ [2], на практике применяется редко. Обусловлено это сложностью комплексного учета всех факторов, влияющих на ток КЗ, особенно для продолжительных КЗ, отключаемым резервными защитами. При ручном расчете обычно получают лишь значение тока для начального момента КЗ, как это делается, например, в методических указаниях фирмы ОРГРЭС [3]. Для расчета токов и интегралов Джоуля КЗ длительностью более 0,1 с целесообразно использовать компьютерные программы. Примером такой программы может служить программа GUEXPERT, комплексно учитывающая нелинейное сопротивление электрической дуги, увеличение сопротивления кабелей, обусловленное нагревом их жил, и электромагнитный переходной процесс в асинхронных электродвигателях. Программа выполняет расчет токов и температур токопроводящих жил с учетом процессов теплообмена между жилами и изоляцией кабелей по ГОСТ [4]. Комплексный учет многих факторов влияющих на процесс КЗ, позволяет получить расчетные значения токов близкие к реальным значениям, что подтверждено многочисленными экспериментами. Программа имеет графический интерфейс и автоматизированную базу данных со всеми необходимыми для расчета параметрами элементов расчетных схем, включая внутренние сопротивления автоматических выключателей и плавких вставок предохранителей, переходные сопротивления разъемных и разборных контактов. Компьютерный расчет позволяет избежать выбора кабелей с чрезмерно завышенными сечениями. Более чем десятилетний опыт использования программы GUEXPERT на энергетических объектах и в ведущих проектных организациях России и СНГ подтвердил ее соответствие современным требованиям. Демонстрационную версию программы можно найти в интернете на сайте http://es.mpei.ac.ru или получить по электронной почте обратившись по адресу GusevYP@mpei.ru .

Читайте так же:
Как снизить ток для светодиода

С помощью программы GUEXPERT выполнен расчетно-теоретический анализ различных расчетных условий выбора и проверки кабелей на не возгораемость на примере электроустановки, принципиальная схема которой приведена на рис. 1. Параметры основных элементов схемы соответствуют наиболее часто применяющимся на электростанциях электроустановкам с трансформаторами мощностью 1000 кВА и преимущественно двигательной нагрузкой. На рассматриваемой схеме двигательная нагрузка представлена эквивалентным асинхронным электродвигателем мощностью 420 кВт. Путем проведения вариантных расчетов определялась температура токопроводящих жил кабеля типа АВВГ при дуговых и металлических трехфазных КЗ в начале и в конце кабельных линий в зависимости от продолжительности КЗ. Расчеты проводились с полным комплексным учетом всех вышеперечисленных факторов, влияющих на процесс КЗ, в соответствии с рекомендациями ГОСТ и методических указаний ОРГРЭС [1-4].

На рис. 2 показаны результаты расчета металлических КЗ в начале кабельной линии. Из расчетов следует, что при продолжительности КЗ 0,5 с, складывающейся из времени действия резервной защиты и полного времени отключения автоматического выключателя, сечение токоведущих жил кабеля в линиях, отходящих от щита переменного тока, по условию не возгорания должно быть не менее 120 мм 2 . По типовым проектам, широко применявшимся в 80-е годы, на электроустановках напряжением 0,4 кВ собственных нужд электростанций допускалось использование кабелей с сечением жил 35 мм 2 . Таким образом, многие из действующих электроустановок имеют кабели, не отвечающие жестким требованиям государственного стандарта и отраслевых нормативно-технических документов.

Если опираясь на здравый смысл и опыт эксплуатации электроустановок считать, что КЗ в начале кабельной линии могут лишь дуговыми, то в присоединениях щита переменного тока могут использоваться кабели с сечением жил 70 мм 2 , рис. 3. Практически такой же результат получается, если принять в качестве расчетного металлическое КЗ удаленное от начала кабельной линии на 20 м, рис. 4. Именно такой подход к выбору расчетной точки предлагается в циркуляре РАО «ЕЭС РОССИИ» № Ц-02-98 (Э) от 16.03.98 года. Выбор и проверка кабелей по термическому действию тока дугового КЗ в начале кабеля фактически не противоречит ГОСТ, так как он допускает учет вероятностных характеристик КЗ при условии соответствующего обоснования их в ведомственных нормативно-технических документах [1, п. 1.1.4]. Обосновать выбор расчетной точки в 20 м от начала кабельной линии более трудно, чем утверждение о дуговом характере КЗ в кабеле.

Короткие кабельные линии следует проверять и по условию металлического КЗ в конце линии, т. к. тепловой режим их может оказаться более тяжелым нежели при дуговых КЗ в начале кабельной линии. Так, например, кабель сечением 70 мм 2 , при длине менее 13 метром не соответствует требованиям не возгораемости при металлическом КЗ продолжительностью 0,5 с в конце линии, хотя и соответствует требованиям не возгораемости по условию дугового КЗ в начале линии.

1. В новом издании «Правил устройства электроустановок» необходимо однозначно и четко сформулировать расчетные условия для выбора и проверки кабелей электроустановок напряжением до 1 кВ по условиям термической стойкости и невозгораемости.

2. Проверку не возгораемости кабелей, по мнению авторов, следует проводить по температуре нагрева токопроводящих жил к моменту отключения резервной защитой дугового КЗ в начале кабельной линии и металлического КЗ в конце кабельной линии.

3. Для практического расчета термического действия тока КЗ на кабели электроустановок переменного тока напряжением до 1 кВ может быть использована компьютерная программа GUEXPERT, разработанная на кафедре Электрические станции МЭИ (ТУ).

Список литературы

1. ГОСТ 30323-95. Короткие замыкания в электроустановках. Методика расчета электродинамического и термического действия тока короткого замыкания.

2. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методика расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.

3. Методические указания по расчету токов короткого замыкания в сети напряжением до 1 кВ электростанций и подстанций с учетом влияния электрической дуги. — М.: Служба передового опыта ОРГРЭС, 1993.

4. ГОСТ 28895-91 (МЭК 949-88). Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева.

Гусев, Шиша. Проверка кабелей.

Рис. 1. Расчетная схема рассматриваемой электроустановки (копия с экрана при работе с программой GUEXPERT)

Гусев. Шиша. Проверка кабелей.

Рис. 2. Температура токопроводящих жил кабеля АВВГ к моменту отключения трехфазного металлического КЗ в начале кабельной линии в зависимости от продолжительности КЗ и от сечения жил

Гусев. Шиша. Проверка кабелей.

Рис. 3. Температура токопроводящих жил кабеля АВВГ к моменту отключения трехфазного дугового КЗ в начале кабельной линии в зависимости от продолжительности КЗ и от сечения жил

Гусев. Шиша. Проверка кабелей.

Рис. 4. Температура токопроводящих жил кабеля АВВГ к моменту отключения трехфазного металлического КЗ в конце кабельной линии в зависимости от продолжительности КЗ и от сечения жил

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector