ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУ^О-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТНО-КОНСТРУТО’ОРСКТШ ИНСТИТУТ

УКАЗАН И Я

ПО ПРОВЕРКЕ КАБЕЛЛЕЙ С ПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ НА НАПРЯЖЕНИЕ ДО 1 КВ НА ТЕРМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ

М788-1083

Москва1993 г.

4- ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРОВОДНИКОВ В КОНЦЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ПРИ ЗАЩИТЕ АВТОМАТИЧЕСКИМИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ-

В табл- 3.-6 приведены сечения трехжильных кабелей и их длительно допустимые токи при прокладке в воздухе (1д_ОП) в соответствии с табл. 1-3-6 и 1-3*7 ПУЭ. Для защиты кабелей применены автоматические выключатели. Номинальные токи расцепителей автоматических выключателей (I ) выбраны по табл. 1 ближайшими большими к длительно допустимому току кабелей- Время короткого замыкания определено по табл. 1 как среднее арифметическое двух значений: по верхней и нижней кривым.

Для этих условий, которые по выполнению защиты очень близки к реальным, сделан расчет температуры жилы в конце IC3. Расчет выполнялся по формулам (8) - (11), (18) - (21).

Граница зоны, в которой даже при адиабатическом процессе нагрева температура жил не выходит за допустимые пределы, показана в каждой таблице ломаной линией.

15

Таблица 3- Температура алюминиевой жилы кабеля с поливинилхлоридной изоляцией в конце КЗ при защите автоматическими выключателями

S, 2 мм I Доп’ А V А Время 9 С 9 — отключения при кратное— 1 |Температура жилы е , °С, при кон Автомати ческий ти ТКЗ кратности ТКЗ выключа— тель 3 6 10 1 3 6 10 2,5 19 20 70 12,5 3,6 703 508 410 ВА51-25-34 8 1,95 0,63 1 149 1 147 139 25 А 4 27 31,5 70 12 0,22 | | 681 474 43 ВА13-29-33 42 7 0,13 492 350 80 63 А 6 32 40 I 70 12 0,22 494 345 37 i 42 7 0,13 | 371 269 7б| 10 42 50 | 70 12 0,22 1 I 287 203 291 | 42 7 0,13 [ 237 180 j 711 1 1 -—J — I 16 60 63 | 70 12 0,22 | 185 133 26 42 7 0,13 172 1 136 691 25 75 80 1- ! 55 9 2,9 г j 106 76 70j ВА57-35-34 | 12,5 1 2,7 1,2 86 83 87 250 А 35 90 100 i 55 11 4 88 75 751 1 12 1 I 2,3 0,6 81 77 74 j 50 110 125 — 1 55 11 4 72 62 62 1 I2 2,3 0,6 77 74 72]

16

Продолжение табл. 3

S, 2 мм н 0<| н 9- А Время отключения t, с, при кратности ТКЗ Температура жилы !ак<ж- °С* “Р" [кратности ТКЗ Автоматический I выключатель 3 . 6 10 3 6 10 70 140 160 60 12 4,5 68 58 60 ВА57-35-34 23 5,6 2,2 85 84 86 250 А 95 170 200 60 12 4,5 61 52 541 23 5,6 2,2 82 81 83! 120 200 200 60 12 4,5 45 40 41 23 5,6 2,2 75 75 76 150 235 25° 60 12 4,5 45 40 41 23 5,6 2,2 75 75 761 185 270 320 S 60 6,2 2,5 47 31 331 ВА52-39-34 11 1,4 0,6 70 68 1 681 630 А

Примечания: 1. Расчет по формулам (8), (9)-2. Первое значение времени отключения (и конечной температуры жилы) дано для КЗ с холодного состояния, второе (под первым) -для КЗ с нагретого состояния.

17

Таблица 4. Температура алюминиевой жилы кабеля с полиэтиленовой изоляцией в конце КЗ при защите автоматическими выключателями

SA мм^ ^■доп’ А V А | Время отключения t, с, при кратное-j ти ТКЗ Температура жилы екон- °с- ^ кратности ТКЗ Автомати ческий выключа тель 3 6 10 3 6 10 2,5 19 20 70 12,5 3,6 668 483 390 ВА51-25-34 1 S 1,95 0,63 145 143 135 25 А 4 27 31,5 1 1 70 12 0,22 647 450 42 ВА13-29-33 42 7 0,13 472 336 79 63 А 6 32 40 70 12 0,22 470 328 36 42 7 0,13 357 259 75 10 42 50 70 12 0,22 273 193 29 42 7 0,13 229 174 71 16 60 63 70 12 0,22 177 128 25 42 7 0,13 167 123 68 25 75 80 55 9 2,9 101 73 68 ВА57-35-34 12,5 2,7 1,2 85 82 86 250 А 35 90 100 55 11 4 85 72 72 12 2,3 0,6 80 77 74 50 110 125 55 11 4 70 60 бо] 12 2,3 0,6 77 74 72J

18

Продолжение табл. 4

S, 2 мм ■^оп’ А V А Время отключения t, с, при кратности Т'КЗ Температура жилы 0кон’ °а> “Р* кратности ТКЗ Автомати ческий выключа тель 3 6 10 3 6 10 7Q 140 160 60 12 4,5 65 56 58 ВА57-35-34 23 5,6 2,2 84 83 85 250 А 95 170 200 60 12 4,5 58 51 52 23 5,6 2,2 81 81 82 120 200 200 60 12 4,5 44 39 40 23 5,6 2,2 75 75 76 150 235 250 60 12 4,5 44 39 40 23 5,6 2,2 75 75 76 185 270 320 60 6,2 2,5 46 31 32 ВА52-39-34 11 1,4 0,6 70 68 68 630 А

Примечания: 1. Расчет по формулам (10), (11).

2- См. примечание 2 к табл. 3-

19

СОДЕРЖАНИЕ

1 - Общие положения .......................................... 3

2. Время-токовые характеристики

аппаратов защиты ......................................... 5

3-    Вывод формул для определения

температуры проводников при адиабатическом процессе нагрева ..................................................... 10

4-    Определение температуры про

водников в конце короткого замыкания при защите автоматическими выключателями .................................. 15

5-    Определение температуры про

водников в конце короткого замыкания при защите предохранителями ............................................... 24

6-    Определение температуры проводников в конце короткого замыкания при независимом от тока времени срабатывания

защиты................................................... 29

7-    Предельные время-токовые ха

рактеристики проводников при адиабатическом процессе нагрева ..................................................... 33

8-    Сравнение методов расчета ................................ 37

9-    Анализ полученных результатов, выводы и рекомендации ............................... 42

Таблица 5- Температура медной жилы кабеля с поливинилхлоридной изоляцией в конце КЗ при защите автоматическими выключателями

S, 2 мм ^■доп’ А V А Время t 1 С 4 отключения при кратное- Температура жилы 6кон’ °С’ Автомати ческий ти ТКЗ кратности ТКЗ выключа- тель 3 6 10 3 6 10 1,5 19 20 70 12,5 3,6 736 531 ь--- 429 ВАЗ1-25-34 8 1,95 0,63 153 151 142 25 А 2,5 25 25 70 12,5 3,6 423 308 250 8 1,95 0,63 114 113 108 4 35 40 70 12 0,22 423 ' " ' 296 34 ВА13-29-33 42 7 0,13 324 238 74 63 А 6 42 50 70 12 0,22 300 212 30 42 7 0,13 248 1S5 71 10 55 63 70 12 0,22 180 130 26 42 7 0,13 168 134 69 16 75 80 55 9 2,9 99 72 6б ВАЗ7-35-34 12,5 2,7 1,2 84 82 ев 250 А 25 95 ! 100 I 55 11 4 71 61 61 12 2,3 0,6 77 74 72 35 120 125 55 11 4 ! бо 52 53 12 2,3 0,6 Л 74 72 70

20

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Проверка кабелей на термическую стойкость заключается в определении температуры их жил в конце короткого замыкания (КЗ). Предельное допустимое значение этой температуры зависит от свойств изоляции кабелей и оговаривается в нормативных документах- Нормативными документами регламентируется и необходимость проверю! кабелей на термическую стойкость.

В 1977 г- в связи с недостаточной теплостойкостью пластмассовой изоляции кабелей, выпускаемых отечественной промышленностью, Минэнерго СССР решением Главного технического управления по эксплуатации энергосистем от 10-03-77 N Э-1/77 предложило проверять кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение до 1 кВ на термическую стойкость при КЗ. В 1979 г. ГТУ Минэнерго    письмом от 13-02-79 N 8-6/12 сообщило, что его

рекомендации, изложенные в решении N Э-1/77, не распространяются на кабельные сети промышленных предприятий.

Таким образом, в настоящее время кабели до 1 кВ на промышленных предприятиях проверять на термическую стойкость при КЗ не требуется.

Однако в проекте следующего (7-го) издания "Правил устройства электроустановок" (ПУЭ) проверка кабелей напряжением до 1 кВ на термическую стойкость при КЗ предусматривается для всех сетей (исключения для кабельных сетей промышленных предприятий не делается). Следовательно, после выхода нового издания ПУЗ проверка кабелей напряжением до 1 кВ на термическую стойкость при КЗ станет обязательной.

Согласно п. 1-4-16 действующих ПУЭ температура жил в конце КЗ не должна превышать для кабелей и проводов с поливинилхлоридной и резиновой изляцией 150°С, для кабелей и проводов с полиэтиленовой изоляцией 120°С-

Расчеты реальных тепловых процессов, происходящих в кабеле при быстром нагревании его жил током КЗ и переходе тепла к изоляции жил, оболочке кабеля и окружающей среде, при существующем многообразии конструктивных исполнений кабелей являются очень

3

сложными для практического использования, и поэтому такие методики не разрабатывались.

Известное уравнение теплового состояния идеального тела, учитывающее теплоотдачу непосредственно в окружающую среду и описывающее изменение температуры в переходном процессе с помощью экспоненциального закона, когда скорость переходного процесса определяется постоянной    времени    нагрева,    не может    быть

использовано в данном случае, так как это уравнение выводилось для условий, существенно отличающихся от рассматриваемых.

Для решения поставленной задачи необходимо определить количество тепла, которое за время действия защиты успевает перейти от жилы кабеля к его изоляции, оболочке и окружающей среде. Но поскольку определить эти потери тепла (по отношению к жиле) с достаточной степенью точности не представляется возможным, в настоящей работе выполняются расчеты повышения температуры проводников при адиабатическом процессе, когда все выделяющееся за время КЗ тепло никуда не рассеивается и идет только на нагрев жилы. Такая методика обеспечивает высокую точность расчетов для заведомо ужесточенных исходных предпосылок. Адиабэтический процесс - это- крайний случай: в реальных условиях какая-то часть тепла для жилы теряется и ее температура всегда будет меньше температуры, рассчитанной с высокой точностью для адиабатического процесса. Причем, чем меньше время отключения КЗ, тем меньше разница между расчетной и реальной температурами-

Результаты расчетов, выполненных при таких предпосылках для проводников всех сечений с учетом реальных время-токовых характеристик аппаратов защиты, позволяют представить общую картину повышения температуры проводников при КЗ и сделать определенные обобщения и выводы.

4

2- ВРЕМЯ-ТОКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ

Количество тепла, выделяющегося в проводнике, зависит от длительности короткого замыкания, т. е. от времени срабатывания защиты. Поэтому в табл. 1 и 2 приводятся время-токовые характеристики автоматических выключателей и предохранителей, которые используются в настоящей работе при дальнейших расчетах.

Расчеты повышения температуры проводников при КЗ выполняются для того и другого вида аппаратов защиты, так как время-токовые характеристики автоматических выключателей и предохранителей отличаются друг от друга и имеют некоторые характерные особенности -

В тех случаях, когда время-токовая характеристика аппарата защиты в исходной документации задана двумя предельными кривыми, для расчетов берется среднее арифметическое значение времени отключения. Зто надо иметь в виду, оценивая конечные результаты расчетов.

К сожалению, как это видно из табл. 1 и 2, разброс значений времени отключения при одной и той же кратности тока КЗ очень большой. Но было бы неправильно делать обобщения, исходя из самых неблагоприятных условий, т. е. принимая для расчетов наибольшее время отключения. К тому же надо иметь в виду, что адиабатический процесс, положенный в работе в основу расчетов, уже является крайним (неблагоприятным) случаем.

5

Таблица 1. Время-токовые характеристики автоматических выключателей

Тип и номи- Номинальный Время отключения ,c нальный ток ток расце- — выключателя пителей, А с холодного состоя- | с нагретого состоя- ния при кратности |ния при кратности ТКЗ ТКЗ 3 6 10 1 i 1 з 1 6 10 ВА51-25-34 О Г“ 00 «I» <г\ * УО 110 20 6 j......-.......... 1 12 3 0,9 25 А 12,5; 16; 20; 25 30 5 1,2 i 4 0,9 0,36 ВА13-29-33 6,3; 8; Ю; 100 20 0,4 [ 60 12 0,22 63 А 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50;63 40 4 0,05 i 24 2 0,04 ВА57-35-34 16; 20; 25; 100 20 7 32 6 2,2 250 А 31,5; 40; 50; 63 12 2 0,6 0,4 0,22 0,16 80 80 12 4 20 4 1,8 Зо 6 1,8 1 5 1,4 0,6 100; 125 80 16 6 i 20 4 1 Зо 6 2 4 Т7ГБ" 0,2 160; 200; 90 18 7 40 10 4 250 | 30 6" ч 6 1,2 0,4

6

Продолжение табл.1

Приме ч а н и я:    1- Время-токовые характеристики

автоматических выключателей в заводской документации даются в виде двух предельных кривых, которыми определяется возможный разброс времени отключения. В таблице в числителе указано время отключения по верхней кривой, в знаменателе - по нижней.

2. ТКЗ - ток короткого замыкания.

7

Таблица 2- Время-токовые характеристики предохранителей

Тип предохранителя Номинальный ток плавкой вставки, А Время отключения, при кратности ТКЗ с. 3 6 10 | 40 ПРО-10 10 1000 1,2 0,5 0, 1 ПРС-25 16; 20 20 0,6 0,45 0,1 25 350 2 0,6 0,1 ПРС-бЗ 40 40 1 0,5 0,2 63 60 1 0,5 0,2 ПРС-100 80 7 0,5 0,25 0,07 100 10 0,6 0,3 0,07 НПН2-60 10 1000 50 0,6 0,02 16; 20; 25 1000 1,2 0,2 0,02 31,5 100 0,5 0,12 0,02 40 20 0,4 0,1 0,02 63 2 0,2 0,08 0,02 ПН2-100 31,5; 40; 50; 63; 60 1 0.1 0,014 80; 100 10 0,2 0,04 0,007 ПН2-250 80; 100; 125; 150 4 0,4 0,022 160; 200; 250 20 0,4 0,08 0,01

8

Продолжение табл. 2

Тип предохранителя Номинальный ток плавкой вставки, А Время отключения, при кратности ТКЗ ^ 9 3 6 10 40 ПН2-400 200; 250; 315; 150 4 0,4 0,02 355; 400 20 1 0,2 0,005 ПН2-400 315; 400; 500; 120 4 0,3 0,02 630 30 1 0,1 0,012

Примечание. Для предохранителей ПН2 в числителе указано время отключения по верхней кривой, в знаменателе - но нижней. Характеристики остальных предохранителей даны в заводской документации одной линией.

9