Расчет температуры проводника при прохождении тока КЗ и проверка кабелей на невозгорание

Методика проверки кабеля на невозгорание заключается в расчете температуры жил кабеля в конце короткого замыкания и сравнении ее с допустимой .

1.Определяется начальная температура жил кабеля (до короткого замыкания).

За начальную температуру принимают максимально возможную температуру предшествующего режима

Т= Т₀ + (I²/I_дд²) * (Т_доп-Т_0расч) ,

где Т₀ – фактическая температура окружающей среды во время короткого замыкания,⁰С (для Самарской области при прокладке в земле Θ₀ = 20 ⁰С, при прокладке в воздухе Θ₀ = 30⁰С;

Т_Доп – расчетная длительно допустимая температура жилы,⁰С (для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 1 кВ — 80⁰С, 6 кВ – 65⁰С, 10 кВ – 60⁰С; для кабелей с пластмассовой изоляцией — 70⁰С и для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена — 90⁰С);

Т_0расч– расчетная температура окружающей среды,⁰С (для земли — 15⁰С, для воздуха — 25⁰С).

2.Определяется значение коэффициента К

К =b*I_КЗ² *t_О/F² ,

гдеb – постоянная, м⁴/(кА² · с), для алюминиевых жил -45,65, для медных – 19,58;

I_КЗ – максимальное установившееся значение тока трехфазного короткого замыкания на шинах источника питания с учетом подпитки от электродвигателей 6-10 кВ, кА.

t_О – время протекания тока короткого замыкания, с.

t_О =t_{МТЗ ВВ} +t_Р +t_В +t_А ,

гдеt_{МТЗ ВВ} – время действия МТЗ резервной защиты (на вводе на секцию в РП (ГПП), с. Для примера расчета равно 1,25 с. ;

t_Р – время срабатывания электромеханических реле (0,1 с.) или микропроцес­сор­ных защит (0,05 с.);

t_В – время отключения масляного (0,1 с.) или вакуумного (0,03 с.) выключа­теля;

t_А – эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляю­щей тока короткого замыкания от удаленных источников, равная 0,1 с для сети 6-10 кВ.

3.Определяется температура жил в конце короткого замыкания

Т_К =Т * е^К + а (е^К – 1),

где а – величина, обратная температурному коэффициенту электрического сопротивления при 0 ⁰С, равная 228 ⁰С.

Пример расчета

Кабель с алюминиевыми жилами 3х150 и бумажной пропитанной изоляцией напряжением 10 кВ проложен частично в земле, частично на воздухе.

I = 195 A, Iдд земл = 275 А, Iдд возд = 210 А, Iкз = 8,64 кА,

t_{МТЗ ВВ} =1,25 с,t_Р = 0,05с, t_В = 0,03 с, t_А = 0,1 с.

1. Начальная температура

Т_В = 30 + (60 – 25) · (195/210)² = 60,2 ⁰С – в воздухе.

2. t_О = 1,25 + 0,05 + 0,03 + 0,1 = 1,43 с.

К = 45,65 · 8,64² · 1,43 / 150² = 0,22.

3. При прокладке кабеля в земле

Т_КЗ = 42,6 · е^0,22 + 228 (е^0,22 – 1) = 108 ⁰С,

При прокладке в воздухе

Θ_{К В} = 60,2 · е^0,22 + 228 (е^0,22 – 1) = 131 ⁰С.

Предельно допустимые температуры нагрева проводников, при которых кабели пригодны к дальнейшей эксплуатации после отключения короткого замыкания, приведены в табл.8.1 [9]. В частности, для кабелей 6-10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией она составляет 200 ⁰С.

Отсюда следует вывод о невозгораемости кабеля при коротком замыкании и о возможности его нормальной дальнейшей эксплуатации после отключения короткого замыкания.