Электрические сети

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 – 𝐹т.у – минимальная площадь сечения токоведущей жилы кабеля; 𝐼– установившейся ток короткого замыкания; 𝑡пр – приведенное время короткого замыкания, сек, в течение которого установившейся ток 𝐼 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; 𝑎 = 228 ℃ − величина, обратная температурному коэффициенту электрического сопротивления при 0 ℃;

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 ℃ ;

𝐼раб – рабочий ток, А; 𝐼дд – длительно допустимый ток нагрузки кабеля, А;

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

(𝐼к) ∙ 𝑡 – суммарный тепловой импульс;

𝐼к –действующее значение тока КЗ, кА;

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

S – сечение токоведущей жилы кабеля, мм2.

Термическая стойкость проводника обеспечивается, если площадь сечения S, мм2, удовлетворяет неравенству: 𝑆 ≥ 𝑆тер 𝑚𝑖𝑛, где 𝑆 ≥ 𝑆тер 𝑚𝑖𝑛 – минимальное сечение проводника по условию термической стойкости, мм2, которое следует определять по формуле:

𝑡откл – 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 – 𝐼д.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 𝑅з (рис. 1).

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

На частоте 𝑓 = 50 Гц удельное сопротивление земли 𝑟з = 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

а)                                                                                                                б)

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 𝑑 ≪ 𝐷з между осями их проводов:

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

На промышленной частоте 50 Гц и среднем значении удельной проводимости земли 𝜆 = 10−4 (Ом ∙ см)−1, получим 𝐷з = 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

𝐷з = 1000 м.

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.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *