fbpx
Лого ddecad.ru

Проверка сечения кабеля на термическую стойкость и невозгорание

Проверка термической стойкости кабеля и проверка кабеля на невозгорание в программе DDECAD. Результаты расчетов

Принято считать, то для кабелей напряжением до 1 кВ проверку по термической стойкости кабеля и проверку кабеля на невозгорание выполнять не нужно (т.к. данное требование отсутствует в ПУЭ). Однако, не всё так просто и есть нюансы. В статье рассмотрим нормативные требования по этому вопросу, а также выполним расчёт и проверку сечения кабеля.


Нормативные требования

Существует три основных документа, регламентирующих выбора и проверку кабелей по нагреву при коротком замыкании.

Требования Правила устройства электроустановок (ПУЭ)

Начнём с Правил устройства электроустановок (ПУЭ). В ПУЭ требования изложены в главе 1.4 «Выбор электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания».

В электроустановках до 1 кВ проверку для кабелей в соответствии с п.1.4.2 ПУЭ выполнять не требуется:

Правила устройства электроустановок (ПЭУ), п.1.4.2

Правила устройства электроустановок (ПЭУ), п.1.4.2

В п.1.4.16 ПЭУ приводятся предельные допустимые температуры нагрева проводников при коротком замыкании:

Правила устройства электроустановок (ПЭУ), п.1.4.16

Правила устройства электроустановок (ПЭУ), п.1.4.16

А п.1.4.17 ПУЭ определяет, каким образом следует проводить данную проверку:

  • одиночных кабелей одной строительной длины, исходя из КЗ в начале кабеля;
  • одиночных кабелей со ступенчатыми сечениями по длине, исходя из КЗ в начале каждого участка нового сечения;
  • пучка из двух и более параллельно включенных кабелей, исходя из КЗ непосредственно за пучком (по сквозному току КЗ).

Правила устройства электроустановок (ПЭУ), п.1.4.17

Правила устройства электроустановок (ПЭУ), п.1.4.17

На этом обычно многие рассмотрение данного вопроса для кабелей напряжением до 1 кВ заканчивают (считая, что проверку выполнять не нужно), что неверно.

Требования Циркуляра №Ц-02-98 (Э)

В 1998 году РАО «ЕЭС России» выпустило циркуляр №Ц-02-98 (Э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания». Причиной публикации данного документа послужили пожары в кабельных хозяйствах электростанций. После анализа ситуации и ряда испытаний был выпущен данный документ, положениями которого предлагалось дополнить требования главы 1.4 ПУЭ с целью «повышения надежности работы электроустановок и предотвращения пожаров в кабельных сооружениях энергетических объектов».

Далее следуют рекомендации о методике и способах проверки кабелей по условиям невозгорания и приводятся значения расчетных температур нагрева токопроводящих жил кабелей при проверке на невозгорание и при определении пригодности к дальнейшей эксплуатации.

Требования циркуляра №Ц-02-98(Э)

Требования циркуляра №Ц-02-98 (Э)

При этом поясняется, что:

  • при температурах нагрева токопроводящих жил кабелей, не превышающих значений, указанных в гр. 3 таблицы, кабели пригодны к дальнейшей эксплуатации;
  • при температурах нагрева токопроводящих жил в интервалах значений, указанных в гр. 3 и 4 таблицы, допускается эксплуатация кабелей в течение 1 года. Такие кабельные линии перед включением в работу должны быть дополнительно осмотрены, в доступных местах отремонтированы (при необходимости) и испытаны выпрямленным напряжением 4·Uном в течение 5 мин;
  • при температурах нагрева токопроводящих жил кабелей, превышающих значения, указанных в гр. 4 таблицы, кабели считаются к дальнейшей эксплуатации непригодными и должны быть заменены.

Логично было бы оставить данный циркуляр только для тех, кто проектирует энергетические объекты, но есть ещё один нормативный документ.

Требования ГОСТ 31996-2012

Начнём с терминов и определений, которые устанавливает ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ»:

3.17 длительно допустимая температура нагрева токопроводящей жилы: Допустимая температура нагрева токопроводящей жилы кабеля при нормальном режиме эксплуатации.
3.18 предельная температура нагрева токопроводящей жилы: Максимальная температура нагрева токопроводящей жилы кабеля в режиме короткого замыкания, при которой не происходит необратимой деформации изоляции.
3.19 допустимая температура нагрева токопроводящей жилы по условию невозгорания кабеля: Максимальная температура нагрева токопроводящей жилы, при которой не происходит возгорания кабеля в режиме короткого замыкания.

Далее, в п.10.7 ГОСТ 31996-2012 указано, что «допустимые температуры нагрева токопроводящих жил кабелей при эксплуатации не должны превышать указанных в таблице 18, если другие значения не указаны в технических условиях на кабели конкретных марок»:

ГОСТ 31996-2012, п.10.7

ГОСТ 31996-2012, п.10.7


Таким образом, нормативные требования по проверке кабелей напряжением до 1 кВ на термическую стойкость и проверке на невозгорание всё-таки есть и такие проверки следует выполнять.

При этом:

  • условие термической стойкости кабеля будет выполнено, если расчётная температура нагрева токопроводящих жил кабеля после короткого замыкания будет меньше предельной температуры нагрева токопроводящей жил;
  • условие проверки по невозгоранию кабеля будет выполнено, если расчётная температура нагрева токопроводящих жил кабеля после короткого замыкания будет меньше допустимой температуры нагрева токопроводящей жилы по условию невозгорания кабеля.

Пример расчета и проверки кабеля на термическую стойкость и невозгорание

Выполним расчет и проверку кабеля на термическую стойкость и невозгорание по методике циркуляра №Ц-02-98 (Э).

Исходные данные:

Определяем значение температуры жилы до короткого замыкания по выражению (3) №Ц-02-98 (Э).

Расчет температуры жилы кабеля до КЗ по №Ц-02-98(Э)

где:

  • QН — температура токопроводящих жил кабеля до начала короткого замыкания;
  • QО — фактическая температура окружающей среды;
  • QДД — длительно допустимая температура нагрева жил кабеля (определяется по таблице 18 ГОСТ 31996-2012): 70ºC для кабелей с ПВХ-оболочкой, 90ºC для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена;
  • Qокр — температура окружающей среды: 15ºC при прокладки кабелей в земле, 25ºC при прокладки кабелей в воздухе;
  • Iраб — рабочий ток кабеля (расчетный ток нагрузки);
  • IДД — длительно допустимый ток кабеля по ГОСТ 31996-2012.

Определяем значение коэффициента K по выражению (2) №Ц-02-98 (Э).

Расчет коэффициента K по №Ц-02-98(Э)

где:

  • b — постоянная, характеризующая теплофизические характеристики материала жилы, равная для алюминия 45,65 мм4/(кА2·с) и для меди 19,58 мм4/(кА2·с);
  • I2·t — суммарный тепловой импульс (интеграл Джоуля) от тока короткого замыкания, кА2·с;
  • S — сечение жилы кабеля, мм2.

Полученное значение округляем до K=0,5.

Далее по номограмме определяем значение температуры жил кабеля после короткого замыкания:

  1. На горизонтальной оси находим значение температуры жил кабеля до короткого замыкания QН=73,47°C и из этой точки проводим перпендикуляр до пересечения с кривой K=0,5;
  2. От точки пересечения проводим перпендикуляр к вертикальной оси и определяем значение температуры жил кабеля после короткого замыкания QК≈270°C

Определение температуры жилы кабеля после КЗ по №Ц-02-98(Э)

Определение температуры жилы кабеля после КЗ по №Ц-02-98 (Э)

Полученное значение QК сравниваем со значениями из таблицы 18 ГОСТ 31996-2012:

  • Температура жил кабеля после короткого замыкания QК≈270°C больше предельной температуры жил кабеля при коротком замыкании равной 250°C для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Условие термической стойкости кабеля не выполнено.
  • Температура жил кабеля после короткого замыкания QК≈270°C меньше допустимой температуры жил кабеля по условию невозгорания. Условие невозгорания кабелей выполнено.

Пример проверки кабеля на термическую стойкость и невозгорание в программе DDECAD

Для проверки кабеля на термическую стойкость и невозгорание в программе DDECAD, нажимаем кнопку «Расчет ТСК» на вкладке «DDECAD» в Excel.

Проверка кабеля на невозгорание по Ц‑02‑98(Э) в DDECAD. Панель инструментов

В появившемся окне вводим исходные данные из примера выше:

Проверка термической стойкости кабеля и проверка кабеля на невозгорание в программе DDECAD. Ввод исходных данных

Проверка термической стойкости кабеля и проверка кабеля на невозгорание в программе DDECAD. Ввод исходных данных

После ввода исходных данных нажимаем кнопку «Расчет». Программа рассчитает температуры токопроводящих жил кабеля до и после короткого замыкания, отобразит построения на номограмме, а также сделает выводы о выполнении условий термической стойкости и невозгорании кабеля.

Проверка термической стойкости кабеля и проверка кабеля на невозгорание в программе DDECAD. Результаты расчетов

Проверка термической стойкости кабеля и проверка кабеля на невозгорание в программе DDECAD. Результаты расчетов

Выводы

  1. Проверять кабель напряжением до 1 кВ по термической стойкости и условию невозгорания нужно, т.к. есть нормативные требования на этот счёт не только для энергетических объектов;
  2. При проектировании особое внимание следует уделять высоконагруженным кабельным линиям, прокладываемым в условиях высоких температур — для них температура жил кабеля до КЗ может оказаться выше длительно допустимой температура нагрева жил;
  3. При высоких токах короткого замыкания и выдержках времени срабатывания защиты велика вероятность, что проверка по термической стойкости и условию невозгорания не будет пройдена.
  4. При расчетах следует руководствоваться требованиями п.1.4.17 ПУЭ и п.1.1 циркуляра №Ц-02-98 (Э) в части выбора точек короткого замыкания для определения расчетного тока КЗ.
  5. Расчеты гораздо проще, удобнее и быстрее выполнять в специализированном программном обеспечении, а не вручную.

Опубликовано в рубрике: DDECAD, Расчеты

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

Telegram-канал сайта ddecad.ru

КАНАЛ В TELEGRAM

Подписаться на Telegram

Шаблоны документов и примеры расчетов
Проектирование электротехнических разделов
Анализ проектной документации
DDECAD. Программа для проектирования электрических щитов