Экономическое сечение и экономическая плотность тока. Расчет температуры проводника при прохождении тока КЗ и проверка кабелей на невозгорание

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_дд-Т_0расч),

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

Т_ДД – расчетная длительно допустимая температура жилы, ⁰С (для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 1 кВ - 80 ⁰С, 6 кВ – 65 ⁰С, 10 кВ – 60 ⁰С; для кабелей с пластмассовой изоляцией - 70 ⁰С и для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена - 90 ⁰С);

Т_0расч – расчетная температура окружающей среды, ⁰С (для земли - 15⁰С, для воздуха - 25 ⁰С).

2.Определяется значение коэффициента К

К = b * I _КЗ² * t _О/ F ²,

где b – 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,

где t _{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 _З = 20 + (60 – 15) · (195/275)² = 42,6 ⁰С – в земле,

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.[11]. В частности, для кабелей 6-10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией она составляет 200 ⁰С, (по условию невозгорания – 350 ⁰С).

Отсюда следует вывод о возможности его нормальной дальнейшей эксплуатации после отключения короткого замыкания.