Кабельные линии. Выбор сечения с учетом тока КЗ.
В настоящее время в сетях классов напряжения от 6 до 500 кВ активно применяются однофазные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, имеющие медный экран. Выбор сечения экрана – одна из важных задач, которую приходится решать при проектировании кабельных линий.
Производители кабелей стремятся облегчить потребителям выбор сечений экрана и в своих каталогах приводят зависимость этого параметра от величины тока КЗ и длительности его отключения, причем у разных фирм расчетные данные не совпадают. Михаил Викторович Дмитриев предлагает уточнить эти данные в части учета апериодической составляющей тока короткого замыкания.
ЭКРАНЫ ОДНОФАЗНЫХ КАБЕЛЕЙ 6–500 кВ
Выбор сечения с учетом апериодической составляющей тока КЗ
Действующий ГОСТ Р МЭК 60949-2009 «Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева», к сожалению, излишне детален и по этой причине практически не применяется.
В сложившихся условиях оправданным оказывается применение простых методов теплового расчета кабелей, точность которых, хотя и не очень велика, но вполне соответствует неопределенности исходных данных. Поэтому большинство проектировщиков не используют стандарт МЭК, а ориентируются на каталоги кабельных заводов, где даны готовые зависимости сечения экрана кабеля от величины тока КЗ и длительности его отключения.
КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ В КАБЕЛЕ
Конструкция однофазного кабеля 6–500 кВ включает жилу, изоляцию, медный экран, полиэтиленовую оболочку. При повреждении изоляции однофазного кабеля ток КЗ IК от сети проходит по жиле кабеля до места повреждения, далее через поврежденную изоляцию попадает в экран, по которому идет в его заземляющие устройства, расположенные в одном или в обоих концах кабеля.
У всех производителей кабелей при выборе сечения жилы в каталогах дается один и тот же коэффициент КЖ = 0,143 кА/мм2 (медная жила). Что касается выбора сечения медного экрана, то здесь у фирм нет единого мнения, и коэффициенты КЭ в разных каталогах различаются, находясь в диапазоне от КЭ = 0,153 до КЭ = 0,203 кА/мм2 (минимальное и максимальное значение отличаются примерно на 30%). Это означает, что и сечения экранов кабелей, выбранные по (2), будут отличаться у продукции разных компаний на величину до 30%.
Конструкция однофазных кабелей 6–500 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена, а также применяемые технологии и материалы, у производителей в известной мере идентичны. Поэтому не может не вызвать удивления различие до 30% приводимых в каталогах значений КЭ (при том что значения КЖ полностью совпадают).
В каталогах АВВ, Nexans, «Южкабеля», «Севкабеля», «Электрокабеля» (Кольчугино) для проверки соответствия сечения жилы токам КЗ используется коэффициент КЖ = 0,143 кА/мм2.
Рост тепловыделения означает увеличение нагрева жилы и экрана. Например, если без учета апериодической составляющей тока за время КЗ экран кабеля нагревался от ТН = 80 °С до ТК = 350 °С, т.е. на ΔТЭ = ТК – ТН = = 270 °С, то с учетом КА = 1,698 нагрев экрана соразмерно возрастет до ΔТЭ = 1,698 • 270 = 460 °С. Значит, после нагрева температура экрана составит около ТК = ΔТЭ + ТН = 460 + 80 = = 540 °С (цифры указаны без учета тепла, отводимого от экрана в изоляцию и оболочку, т.е. предполагается адиабатический характер процесса).
Очевидно, что апериодическая составляющая тока КЗ сети требует учета при проверке (при выборе) сечений жилы и экрана, особенно при малом времени отключения. Однако прежде следует определить правила выбора закладываемого в расчеты времени отключения КЗ, от которого существенно зависит КА и роль апериодической составляющей.
Время отключения КЗ определяется тем, какие именно защиты (основные, резервные) будут отключать кабель и какие у них выдержки времени. Выбор закладываемого в расчеты времени отключения также было бы уместно увязать со степенью ответственности кабельной линии, ведь для наиболее важных линий можно сделать излишние запасы по времени, а для второстепенных – проводить выбор сечений при минимальных выдержках времени, экономя на сечении экрана.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Роль апериодической составляющей в нагреве жилы и экрана зависит от времени отключения КЗ. При малом времени роль апериодической составляющей существенно возрастает, а конечная температура жилы и экрана, сечение которых выбрано по распространенной формуле (2), может значительно превзойти допустимые значения, составляющие соответственно 250 и 350 °С.
В настоящее время от перегрева изоляции КЛ спасает то, что кабельные линии недогружены и перед КЗ температура жилы и экрана составляет не 80–90 °С, как в (2), а не более 20–30 °С; сечение жилы и экрана проверяется в течение 1 с, тогда как на самом деле время отключения КЗ даже с учетом действия УРОВ не превосходит 0,6–0,8 с.
К сожалению, в настоящее время отсутствуют четкие правила выбора времени и среди проектировщиков нет единого мнения о том, на действие какой защиты (основной или резервной) надо ориентироваться. Поэтому появление в формуле (6) для проверки термической стойкости жилы и экрана нового коэффициента KA, входящего в произведение KA tK, – это удобный повод для специалистов отрасли обсудить и отразить в стандартах правила выбора tK.
Ссылка:
