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.
Содержание
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:
В п.1.4.16 ПЭУ приводятся предельные допустимые температуры нагрева проводников при коротком замыкании:
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).
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.
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»:
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:
- Кабель АПвБбШв 4×185
- Способ прокладки — в земле
- Расчетный ток нагрузки 280А
- Расчетный ток короткого замыкания 15,28кА
- Время срабатывания защиты 1,5с
Определяем значение температуры жилы до короткого замыкания по выражению (3) №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).
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:
- 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;
- От точки пересечения проводим перпендикуляр к вертикальной оси и определяем значение температуры жил кабеля после короткого замыкания QК≈270°C
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.
В появившемся окне вводим исходные данные из примера выше:

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
Выводы
- 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;
- 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;
- При высоких токах короткого замыкания и выдержках времени срабатывания защиты велика вероятность, что проверка по термической стойкости и условию невозгорания не будет пройдена.
- 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.
- Расчеты гораздо проще, удобнее и быстрее выполнять в специализированном программном обеспечении, а не вручную.
Добавить комментарий