Расчет кабеля по термической устойчивости

Содержание

Проверка выбранного сечения на термическую стойкость
Термическое действие токов КЗ
Проверка сечения кабеля по термической стойкости
Проверка кабеля 10 кВ на термическую устойчивость

Проверка выбранного сечения на термическую стойкость

Термическое действие токов КЗ

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

Номер линии	Марка кабели или провода	Сопротивление	Токи короткого замыкания	Тепловой импульс тока КЗ В_тер кА 2 ?с	Сечение по термической стойкости F мм 2	Стандартное сечение по термической стойкости Fст, мм 2
RлмОм	ZлмОм	Хл мОм	I_К (3) кА	I_К (2) кА	I_К (1) кА
1; 2	ААШВ 3х10+1х6	238,7	238,7	—	0,91	0,79	0,35	0,5	7,86
3;4	ААШВ 3х10+1х6	220,1	220,1	—	0,98	0,85	0,32	0,6	8,6
5;6	ААШВ 3х10+1х6	—	1,67	1,45	0,54	1,7	14,5
7;8	ААШВ 3х10+1х6	300,7	300,7	—	0,73	0,64	0,24	0,33	6,4
9;10	ААШВ 3х10+1х6	576,6	576,6	—	0,39	0,34	0,13	0,1	3,5
11;12	ААШВ 3х10+1х6	375,1	375,1	—	0,59	0,51	0,2	0,2	4,5
ААШВ 3х120+1х95	1,71	1,71	—	10,4	2,98	66,49	72,4
САПсш 3х25+1х35 САПсш 3х16+1х25	155,5	8,5	1,36	1,18	0,63	1,3	16,3
САПсш 3х16+1х25	315,2	315,6	16,5	0,7	0,6	0,34	0,3	8,4
САПсш 3х35+1х50 САПсш 3х16+1х25	43,4 171,9	215,8	0,87	0,47	0,61

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 .

Источник

Проверка сечения кабеля по термической стойкости

Цель работы

Научиться проверять выбранный кабель линии электропередач по термической стойкости.

Краткие теоретические сведения

Кабели и шины выбирают по номинальным параметрам (току и напряжению) и проверяют на термическую стойкость при коротком замыкании. Поскольку процесс короткого замыкания кратковременный, то можно считать, что все тепло, выделяемое в проводнике кабеля, идет на его нагрев.

При протекании тока короткого замыкания 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. Повышение температуры жил кабелей при коротком замыкании ведет к химическому разложению изоляции и резкому снижению ее электрической и механической прочности и, в итоге, — к аварии.

Максимально допустимые кратковременные превышения температуры при коротких замыканиях для силовых кабелей до 10 кВ принимаются с медными и алюминиевыми жилами: с бумажной пропитанной изоляцией 200 0 С, с поливинилхлоридной и резиновой изоляцией 150 0 С.

Задание

Проверить выбранный кабель линии электропередач по термической стойкости.

Проанализировать проделанную работу.

Необходимые данные для расчёта берутся из предыдущих практических работ №1, №2 и №3. Проверку на термическую стойкость осуществлять для кабельной линии в земле при коротком замыкании на шинах тяговой подстанции ТП1 в точке К1.

Порядок выполнения расчёта

Выбранное сечение проверяют на термическую стойкость от воздействия токов короткого замыкания (только кабельные линий проложенных в земле) по условию

(9)

где s_min — минимальная площадь сечения по термической стойкости, мм 2 ;

s_кл — площадь сечения выбранного кабеля, мм 2 .

Минимально площадь сечение по термической стойкости s_min, мм 2 , определяется по формуле

(10)

где I_∞ — установившееся значение тока короткого замыкания, А;

t_пр — приведённое время короткого замыкания от возникновения до отключения (суммарное время срабатывания защиты), принимаем 0,2 с;

С — термический коэффициент, соответствующий разности значений теплоты, выделенной в проводнике после и до короткого замыкания, для кабелей с медными жилами 141 Ас 2 /мм 2 , для кабелей с алюминиевыми жилами 85 Ас 2 /мм 2 .

Установившееся значение тока короткого замыкания, принимаем равное трёхфазному току короткого замыкания в I_кз (3) , А, и определяется по формуле

(11)

где Z — полное сопротивление линии, Ом.

Полное сопротивление линии определяется по формуле Z, Ом

(12)

Пример выполнения расчёта

Необходимые данные для расчёта берутся из предыдущих практических работ №1, №2 и №3.

Проверку на термическую стойкость осуществлять для кабельной линии в земле при коротком замыкании на шинах тяговой подстанции ТП1 в точке К1.

Для кабельной линии в земле выбран кабель АСБ 3х50, I_доп = 140 А, R₀ = 0,64 Ом/км, Х₀ = 0,09 Ом/км.

Полное сопротивление линии

Трёхфазный ток короткого замыкания

Минимальная площадь сечения по термической стойкости

Выбранный кабель термически устойчив.

По результатам расчёта практической работы выбранный для кабельной линии в земле кабель АСБ 3х50, I_доп = 140 А термически устойчив.

Контрольные вопросы

1.Что происходит с кабелем при коротких замыканиях?

2.Максимально допустимые кратковременные превышения температуры при коротких замыканиях для силовых кабелей 10 кВ.

3.Как осуществляется проверка кабеля на термическую стойкость?

Источник

Проверка кабеля 10 кВ на термическую устойчивость

11 Проверка кабеля 10 кВ на термическую устойчивость

к токам короткого замыкания

При проверке кабелей ПУЭ рекомендует для одиночных кабелей место короткого замыкания принимать в начале линии, если она выполняется одним сечением или в начале каждого участка нового сечения, если линия имеет по длине разные сечения. При наличии пучка из двух и более параллельно выполненных кабелей ток короткого замыкания определяют, исходя из того, что замыкание произошло непосредственно за пучком, т.е. учитывается сквозной ток короткого замыкания.

Проверка сечения кабелей по термической стойкости производится по формуле:

(11.1)

где I∞ — действующее значение установившегося тока короткого замыкания;

tn – приведенное время короткого замыкания;

С – расчетный коэффициент.

С=95 А*с 1/2 /мм 2 /7/

При проверке кабелей 10 кВ городских сетей на термическую стойкость затухание тока короткого замыкания, как правило, не учитывается и tn принимается равным действительному, которое слагается из выдержки времени релейной защиты линий 10 кВ и собственного времени отключающего аппарат.

Проверяем выбранное сечение кабеля на участке п/ст «Шелковая» — РП с ТП-2 по термической устойчивости:

Расчетная точка короткого замыкания – К1.

I∞=8530 А; tр.з=0,1 с.; tn=0,13 с.