Одна из ведущих компаний предоставляющая инжиниринговые услуги по проектированию в Республике Казахстан
При проектировании энергетических объектов кабельная линия должна сохранять работоспособность при штатной нагрузке и безопасные характеристики во время аварии. При коротком замыкании ток быстро возрастает, а выделяемая в проводнике тепловая энергия может значительно сильнее нагреть изоляцию, чем в нормальном режиме. Именно поэтому проверка кабелей на термическую стойкость при токах короткого замыкания является обязательной частью проектных расчётов. Подробнее о 319320 Optimizatsiya Skhemy Elektrosnabzheniya Sel Skogo Naselennogo Punkta Ot Podstantsii 35 Kv.
Тепловая энергия зависит от величины и продолжительности тока, площади поперечного сечения жилы, удельного сопротивления металла и начальной температуры проводника. Для короткого отключения обычно применяют адиабатический расчёт, поскольку за десятки миллисекунд тепло ещё не успевает заметно рассеяться в окружающую среду. Проверка связывает допустимый нагрев кабеля с параметрами защитных устройств и временем отключения.
Исходными данными служат паспорт кабеля, результаты расчёта короткого замыкания, схема электроснабжения, характеристики прокладки и настройки релейной защиты. Для воздушных линий 35–220 кВ кабельные вставки проверяются совместно с параметрами сети, а для распределительных сетей 6–10 кВ учитываются токи от местных источников и особенности заземления нейтрали. Полученное значение запаса термической стойкости показывает, сможет ли кабель перенести расчётную аварию без повреждения изоляции.
Расчёт начинают с определения максимального тока в месте повреждения. Для этого выполняется расчётно-аналитическое исследование сети, в котором учитываются напряжение, сопротивление кабельных линий и трансформаторов, источники ограниченной мощности, режимы работы оборудования и схема заземления нейтрали. Рассматривают трёхфазное и двухфазное короткое замыкание, а для кабелей с заземлённой жилой — однофазные повреждения с учётом переходных сопротивлений.
Ток короткого замыкания подразделяют на симметричную составляющую и начальную асимметричную составляющую. Первая определяет тепловой нагрев, тогда как асимметрия создаёт высокий пиковый ток и значительные электродинамические усилия. Если защита не успевает отключить повреждение, нагревание продолжается, поэтому продолжительность аварии часто оказывается важнее только мгновенного значения тока.
Из паспорта кабеля извлекают материал жилы, её номинальное и фактическое сечение, допустимую температуру при кратковременном нагреве, тепловые характеристики и конструкцию изоляции. Значения для полиэтиленовой изоляции нельзя переносить на кабель с ПВХ-изоляцией без сверки с документацией производителя. Для объектов в Катонкарагае региональные условия и существующая инфраструктура помогают дополнить схему данными из материалов о регионе.
При коротком адиабатическом нагреве температура проводника повышается пропорционально квадрату плотности тока и времени его действия. В проектной формуле используют начальное повышение температуры, удельное тепловое сопротивление металла и фактическую продолжительность короткого замыкания. Для заданного допустимого роста температуры эта формула позволяет определить предельный ток термической стойкости жилы.
Расчёт сравнивают с двумя величинами: фактическим нагревом при расчётном аварийном токе и максимально допустимым нагревом между начальной и предельной температурой. При этом учитывают потери, возникающие до аварии, поскольку кабель может работать с током, близким к допустимому значению. Температура окружающей среды, способ прокладки и наличие нагрузки непосредственно перед коротким замыканием уменьшают доступный тепловой запас.
Если применить простую адиабатическую формулу нельзя из-за длительного отключения, используют тепловую модель кабеля с учётом теплового сопротивления грунта, воздуха, водонепроницаемых перегородок и соседних линий. Для сельских сетей методика хорошо укладывается в решения, рассмотренные при оптимизации схемы электроснабжения: изменение схемы питания влияет на токи короткого замыкания и должно быть согласовано с защитными настройками.
Продолжительность аварии определяется не только временем срабатывания выключателя, но и работой релейной защиты, канала передачи команды и резервных устройств. В расчёт принимают полный цикл от возникновения повреждения до гашения дуги. При автоматическом повторном включении учитывают возможный повторный аварийный цикл, особенно если первое отключение оказалось неуспешным или повреждение сохранилось.
При нескольких последовательных воздействиях общий нагрев определяют суммированием тепловой энергии. Критерием служит условие, что накопленная энергия каждого этапа вместе с текущей температурой проводника не превышает допустимое значение. Поэтому простой расчёт по одному наибольшему току может дать неверный результат и скрыть опасное сочетание длительного первого и повторного отключений.
Асимметричная составляющая изменяет мгновенную форму кривой тока. Для тепловой проверки применяют действующее или эквивалентное значение с учётом всей области протекания, а не только пиковый ток первого цикла. Дополнительно проверяют электродинамическую прочность проводника, креплений, экранных жил и металлической брони, поскольку чрезмерная пиковая сила способна вызвать механическое повреждение раньше, чем достигнута предельная температура.
Сечение и материал жилы напрямую влияют на тепловое сопротивление. Увеличение площади уменьшает плотность тока и нагрев, но увеличивает массу, стоимость и наружный диаметр кабеля. Для однофазных линий учитывают расположение жил, наличие экрана, брони и заземлённых элементов, а также разброс фаз по длине трассы. Конструктивные особенности могут ухудшать теплоотвод и изменять распределение токов между жилами.
Способ прокладки формирует отдельные поправки к допустимому току. Показатели для кабеля в грунте нельзя использовать без изменений для прокладки в трубопроводе, по стене здания, на воздушной металлической площадке или в воде. Учитывают глубину заложения, удельное тепловое сопротивление почвы, температуру и влажность, наличие теплоизоляции, расстояние между кабелями и количество параллельно работающих линий.
Материал изоляции и её система охлаждения имеют собственные температурные ограничения. Для бронированных кабелей важны тепловая нагрузка на броню и условия её соединения с заземлёнными конструкциями. Перед заказом проектных работ сведения о выполненных расчётах и услугах можно проверить на официальном сайте компании, где ЦентрЭнергоПроект раскрывает специализацию в проектировании энергетических и электротехнических объектов.
Итог проверки оформляют в составе документации кабельной линии с указанием принятых исходных данных, формул, поправочных коэффициентов и запаса по температуре. В расчёте должны быть видны продолжительность отключения, принятый тип короткого замыкания и уровень начального нагрева. Полученный предельный ток сопоставляют с фактическим расчётным значением и проверяют, что он меньше допустимого с необходимым резервом.
Проектные решения связывают термический расчёт со схемой релейной защиты, автоматикой, выключателями, заземляющими устройствами и системами учёта электроэнергии. При эксплуатации выполняют проверку уставок, срабатывания защит, времени отключения, непрерывности фаз и параметров изоляции. При необходимости проводят тангенс угла диэлектрических потерь или иные испытания по действующим требованиям. Физическое воспроизведение короткого замыкания на кабеле не требуется: испытания подтверждают качество монтажа, а расчёт — термическую стойкость.
Передайте в ЦентрЭнергоПроект схему объекта, паспорта кабелей и данные о защитном оборудовании для предварительной проверки. Специалисты оценят термическую стойкость линий, необходимые поправки, варианты повышения надёжности и состав проектной документации для объектов 6–220 кВ.
Оставьте заявку на проектирование кабельных сетей для сельских, городских и промышленных объектов Казахстана. Расчёт, схемы электроснабжения, релейная защита, автоматизация, связь, коммерческий учёт и смета будут разработаны с учётом действующих норм, условий эксплуатации и безопасности.
