Проверка проводников по термической стойкости.

На термическую стойкость проверяют все проводники и аппараты за исключением тех, которые защищены плавкими предохранителями или установлены в цепи измерительных трансформаторов напряжения.

Для проводников критерием термической стойкости служит конечная температура нагрева при КЗ которая не должна превышать допустимую температуру при кратковременном нагреве т.е. условие термической стойкости имеет вид

(3.1)

Температуры нормированы. Они определяются механической прочностью металла проводников и теплостойкостью изоляции кабелей. Для алюминиевых шин для медных шин для кабелей с бумажной изоляцией до - 10 кВ 200°С, для кабелей со СПЭ изоляцией - 250°С.

Для определения температуры проводника используется уравнение термической стойкости:

(3.2)

где - термический коэффициент, соответствующий начальной температуре проводника

интеграл Джоуля,

- сечение проводника, мм².

- термический коэффициент, соответствующий конечной искомой температуре проводника.

Коэффициенты определяются по кривым [3, рис1.1] для проводника из определенного материала. Порядок проверки сечения проводников по термической стойкости:

1) рассчитывается начальная температура нагрева проводника током рабочего режима

(3.3)

2) определяется по кривым рис.1.1. [3].

3) рассчитывается

(3.4)

4) по кривой рис.1.1. [3] определяется конечная температура нагрева проводника

5) конечная температура сравнивается с кратковременно допустимой . Если это условие выполняется, проводник выдерживает расчетный ток КЗ в течение расчетного времени КЗ

,

где - время действия основной релейной защиты, с;

- полное время отключения выключателя, с.

Если сечение проводника, выбранное по условиям нормального режима, оказалось термически нестойким, то минимальное сечение, отвечающее термической стойкости находят по выражению

(3.5)

где С – постоянный коэффициент для данного материала, типа проводника (шины, кабель), а также допустимых температур при длительном и кратковременном нагреве, А·с^0,5/мм², Некоторые значения приведены в таблице 3.1. Для голых проводников можно определить из [3, табл.1.15]

 

Таблица 3.1

Вид проводника	Термический коэффициент С, А·с^0,5/мм^2
Кабели с бумажной изоляцией при U =6кВ
Кабели с бумажной изоляцией при U =10кВ
Кабели с СПЭ изоляцией

 

Для определения интеграла Джоуля тока КЗ необходимо знать величину тока КЗ, характер его изменения в переходном процессе и время отключения КЗ . Суммарный интеграл Джоуля определяется как сумма интегралов от периодической и апериодической составляющих тока КЗ:

Интеграл Джоуля от периодического тока определяют в зависимости от характера изменения тока и расчетной схемы одним из следующих способов:

1) при неизменной амплитуде периодической составляющей тока К.З. (расчетная схема типа «система»);

2) при определении в схеме, состоящей из двух ветвей – генератора (либо синхронного компенсатора) и системы (расчетная схема «генератор – система») необходимо учитывать, что составляющая тока от системы неизменна, а ток генератора затухает. Учитывая совместное участие системы и генераторов (или синхронных компенсаторов), интеграл Джоуля от периодического тока следует определять по выражению:

(3.6)

где незатухающий периодический ток КЗ от системы, кА;

начальный периодический ток от генераторов станций, кА;

- относительный тепловой импульс тока генератора, определяемый по кривой [6, рис. приложения П5.2];

- относительный токовой импульс от генератора, определяемый по кривой [6, рис. приложения П5.2];

Кривые и [6, рис. приложения 5.2]; построены по уравнениям:

и

Интеграл Джоуля от апериодической составляющей тока в расчетной схеме типа «система» приближенно равен

(3.7)

где начальный периодической тока КЗ, кА;.

постоянная времени затухания апериодического тока, с.

В расчетной схеме «генератор – система» находят по выражению:

(3.8)

где постоянные времени затухания апериодического тока системы и генератора соответственно.

 

Пример решения задач.

Проверить по электротермической стойкости сечение кабеля (3×120)мм², выбранного в п.2.3, если ток КЗ на шинах низшего напряжения время действия релейной защиты линии составляет 1с, линия коммутируется выключателем ВВ/TEL с полным временем отключения Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ , температура окружающей среды

1. Рассчитывается интеграл Джоуля для расчетной схемы типа «система»

2. Рассчитывается температура нагрева проводника током рабочего утяжеленного режима:

3. По кривой рис.1.1 [3] определяем

4. Рассчитывается

5. По кривой рис. 1.1 [3] определяется =250ºС > =200ºС, т.е. кабель сечением (3×120)мм^2, не удовлетворяет условию термической стойкости.

6. Рассчитывается минимальное значение сечения, соответствующего этому току КЗ при расчетном времени его протекания

Округлив рассчитанное сечение до ближайшего большего стандартного, получается термически стойкое сечение кабеля АСБ-10-(3×150)мм².

 

 

3.3.Задачи для самостоятельного решения.

1. Определить конечную температуру нагрева медной шины прямоугольного сечения с размерами (40×4)мм². Периодическая составляющая тока КЗ не затухает и равна 25кА. Время отключения КЗ - 2,0с. Постоянная времени затухания апериодического тока Т _а=0,08 с. До КЗ токовая нагрузка шины составляла . Температура воздуха равна +25° С.

2. Проверить трехжильный кабель с бумажной изоляцией, с алюминиевыми жилами сечением (3×70) мм² на термическую стойкость в режиме КЗ. Периодическая составляющая тока КЗ равна 7кА (незатухающая), время отключения КЗ 1,5с. Температура жилы до КЗ равна 50°С. Тепловыделением от апериодического тока пренебречь.

3. Определить минимальное стандартное сечение кабеля с алюминиевыми жилами термически стойкого при КЗ в цепи, где периодическая составляющая тока КЗ не затухает и равна 7,5 кА. Время действия релейной защиты в цепи составляет 1,8с, а полное время отключения выключателя 0,15 с. Напряжение сети 10 кВ.