Особенности выбора кабелей 110–500 кВ для кабельных и кабельно-воздушных линий

Page 1
background image

Page 2
background image

84

Особенности выбора кабелей
110–500 кВ для кабельных
и кабельно-воздушных линий

УДК

 621.315.2.016.2

Алексеев

 

В

.

Г

.,

к

.

т

.

н

АО

 

НТЦ

 «

ФСК

 

ЕЭС

»

Дементьев

 

Ю

.

А

., 

АО

 

НТЦ

 «

ФСК

 

ЕЭС

»

Смекалов

 

В

.

В

.,

к

.

т

.

н

АО

 

НТЦ

 «

ФСК

 

ЕЭС

»

Ерохин

 

Е

.

Ю

.,

ОАО

 «

ВНИИР

»

Сдобин

 

А

.

В

.,

ОАО

 «

ВНИИР

»

ТРЕБОВАНИЯ

 

НОРМАТИВНЫХ

 

ДОКУМЕНТОВ

 

Порядок

 

выбора

 

кабелей

 

для

 

кабельных

 

линий

 

110-500 

кВ

 

определен

 

стандартом

 

организации

 

ОАО

 

«

ФСК

 

ЕЭС

» 

СТО

 56947007-29.060.20.071-2011 «

Си

-

ловые

 

кабельные

 

линии

 

напряжением

 110–500 

кВ

Условия

 

создания

Нормы

 

и

 

требования

» [1]. 

Этот

 

стандарт

 

устанавливает

 

нормы

 

и

 

требования

 

по

 

соз

-

данию

 

кабельных

 

линий

 

классов

 

напряжения

 

от

 110 

до

 500 

кВ

 

на

 

основе

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 

одножильного

 

исполнения

Он

 

предна

-

значен

 

для

 

применения

 

проектными

 

организациями

строительно

-

монтажными

наладочными

эксплуата

-

ционными

 

и

 

ремонтными

 

организациями

занимаю

-

щимися

 

силовыми

 

кабельными

 

линиями

Согласно

 

требованиям

 

указанного

 

стандарта

 

максимально

 

допустимые

 

температуры

 

жилы

 

и

 

ме

-

таллического

 

экрана

 

при

 

нормальном

 

режиме

 

рабо

-

ты

 

кабеля

 

соответственно

 

составляют

 90°

С

 

и

 70°

С

а

 

при

 

коротких

 

замыканиях

 250°

С

 

и

 350°

С

 

и

 

опреде

-

ляются

 

с

 

учетом

 

главной

 

изоляции

 

и

 

материала

 

обо

-

лочки

 

согласно

 

рекомендациям

 [2]. 

При

 

этом

 

сечение

 

жилы

 

кабеля

 

выбирается

 

по

 

ус

-

ловию

 

нагрева

 

кабеля

 

в

 

нормальном

 

режиме

 

работы

 

нагрузочными

 

токами

 

и

 

в

 

аварийном

 

режиме

 

токами

 

короткого

 

замыкания

Выбор

 

сечения

 

экрана

 

кабе

-

ля

 

определяется

 

допустимыми

 

токами

 

КЗ

которые

 

может

 

пропустить

 

через

 

себя

 

экран

не

 

нагреваясь

 

при

 

этом

 

свыше

 

допустимой

 

температуры

 (350°

С

). 

Сечение

 

экрана

 

кабеля

как

 

правило

значительно

 

меньше

 

сечения

 

жилы

и

 

это

 

обстоятельство

 

обычно

 

определяет

 

термическую

 

стойкость

 

кабеля

 

в

 

целом

.

Кабельно

-

воздушные

 

линии

 (

КВЛ

) 110–500 

кВ

 

имеют

 

ряд

 

специфических

 

особенностей

 

по

 

сравнению

 

с

 

чисто

 

кабельными

 

линиями

К

 

особенностям

 

таких

 

линий

 

относится

 

применение

 

на

 

них

 

устройств

 

автоматического

 

повторного

 

включения

Повторное

 

включение

 

на

 

короткое

 

замыкание

 (

КЗ

увеличивает

 

тепловую

 

нагрузку

 

на

 

материалы

 

кабельной

 

вставки

 

особенно

если

 

короткое

 

замыкание

 

произошло

 

в

 

пределах

 

кабельного

 

участка

Поэтому

 

в

 

некоторых

 

странах

 

на

 

КВЛ

 

применяются

 

специальные

 

селективные

 

устройства

разрешающие

 

АПВ

 

при

 

КЗ

 

на

 

воздушном

 

участке

 

и

 

запрещающие

 

АПВ

 

при

 

КЗ

 

в

 

кабеле

Рассмотрены

 

тепловые

 

режимы

 

кабелей

 110–500 

кВ

 

на

 

таких

 

линиях

 

в

 

аварийных

 

режимах

 

с

 

учетом

 

дополнительного

 

теплового

 

воздействия

 

от

 

токов

 

КЗ

 

при

 

АПВ

 

и

 

наличии

 

апериодической

 

составляющей

 

в

 

отключаемом

 

токе

Показана

 

необходимость

 

учета

 

теплового

 

воздействия

 

перечисленных

 

факторов

 

при

 

выборе

 

кабелей

 

в

 

процессе

 

проектирования

Показаны

 

возможные

 

последствия

 

воздействия

 

на

 

кабель

 

токов

 

КЗ

 

различной

 

величины

 

и

 

длительности

 

на

 

КВЛ

 

с

 

устройствами

 

селективного

 

запрета

 

АПВ

 

и

 

без

 

таковых

.

Ключевые

 

слова

:

кабель

кабельная

 

линия

кабельно

-

воздушная

 

линия

короткое

 

замыкание

АПВ

температура

 

нагрева

 

жилы

 

кабеля

температура

 

нагрева

 

экрана

 

кабеля

сшитый

 

полиэтилен

апериодическая

 

составляющая

 

в

 

отключаемом

 

токе

Keywords:

cable, cable line, overhead-to-underground transmission line, 
short circuit fault, automatic reclosing, heating temperature
of cable cores, heating temperature of cable screen,
cross-linked polyethylene, aperiodic component
in the breaking current

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ


Page 3
background image

85

В

 

данной

 

статье

 

при

 

анализе

 

аварийных

 

режимов

 

работы

 

кабеля

 

будем

 

считать

что

 

в

 

нагрузочных

 

пре

-

даварийных

 

режимах

 

температуры

 

жилы

 

и

 

экрана

 

равны

 

длительно

 

допустимым

 

максимальным

 

значе

-

ниям

.

Нагрев

 

жилы

 

и

 

экрана

 

кабеля

возникающий

 

во

 

время

 

КЗ

определяют

 

по

 

величине

 

тока

 

КЗ

 

и

 

дли

-

тельности

 

аварийного

 

режима

При

 

проектировании

 

допустимый

 

ток

 

КЗ

 

рассчитывают

 

по

 

односекундно

-

му

 

допустимому

 

току

 

КЗ

приведенному

 

в

 

каталогах

 

на

 

кабели

 

и

 

длительности

 

КЗ

Для

 

длительности

 

КЗ

 

от

 0,2 

до

 5 

секунд

 

допустимый

 

через

 

экран

 

ток

 

КЗ

 

(

I

КЗДОП

определяется

 

в

 

соответствии

 

с

 

формулой

 

I

КЗДОП

 = 

I

1

СЕК

 / 

t

К

 , 

(1)

где

 

I

1

СЕК

 — 

допустимый

 

ток

 

короткого

 

замыкания

 

дли

-

тельностью

 1 

секунда

приводящийся

 

в

 

каталогах

 

фирм

 

производителей

 

кабелей

t

К

 — 

длительность

 

аварийного

 

режима

 (

короткого

 

замыкания

).

В

 

нормативных

 

документах

 

нигде

 

не

 

оговорено

какую

 

длительность

 

короткого

 

замыкания

 

необхо

-

димо

 

принимать

 

в

 

качестве

 

расчетной

для

 

выбора

 

сечения

 

экрана

 

при

 

определении

 

допустимого

 

тока

 

КЗ

 

в

 

кабеле

А

 

это

 

обстоятельство

 

является

 

решаю

-

щим

поскольку

 

КЗ

 

может

 

быть

 

ликвидировано

 

либо

 

основной

 

защитой

 

линии

либо

 

резервной

либо

 

дей

-

ствием

 

УРОВ

 (

при

 

отказе

 

выключателя

). 

Учитывая

 

возможность

 

отказа

 

основной

 

защиты

ее

 

время

 

действия

 

нельзя

 

использовать

 

в

 

качестве

 

расчетного

 

значения

 

для

 

определения

 

допустимого

 

тока

 

КЗ

Длительность

 

протекания

 

тока

 

КЗ

 

больше

 

времени

 

действия

 

основной

 

защиты

 

в

 

этом

 

случае

 

приведет

 

к

 

перегреву

 

экрана

 

кабеля

 

сверх

 

допу

-

стимых

 

значений

и

 

выходу

 

его

 

из

 

строя

 

не

 

только

 

в

 

месте

 

пробоя

 

изоляции

но

 

и

 

в

 

неопределенных

 

местах

 

по

 

всей

 

длине

 

кабеля

Такая

 

авария

 

может

 

потребовать

 

не

 

только

 

установки

 

соединительной

 

муфты

 

в

 

месте

 

пробоя

 

кабеля

но

 

и

 

его

 

замены

 

по

 

всей

 

длине

 

или

 

установки

 

нескольких

 

соединитель

-

ных

 

муфт

.

Использовать

 

в

 

качестве

 

расчетного

 

времени

 

в

 

формуле

 (1) 

время

 

действия

 

ступеней

 

резервных

 

защит

имеющих

 

выдержки

 

времени

можно

но

 

необ

-

ходимо

 

иметь

 

в

 

виду

что

 

в

 

таком

 

случае

 

при

 

отказе

 

как

 

основной

так

 

и

 

всех

 

ступеней

 

резервной

 

защиты

 

линии

 

и

 

отключения

 

КЗ

 

защитами

 

дальнего

 

резер

-

вирования

экран

 

кабеля

 

так

 

же

 

как

 

и

 

в

 

первом

 

слу

-

чае

будет

 

перегреваться

 

свыше

 

допустимых

 

значе

-

ний

Соответственно

такой

 

нагрев

 

может

 

приводить

 

к

 

выходу

 

кабеля

 

из

 

строя

 

по

 

сценарию

описанному

 

в

 

предыдущем

 

абзаце

.

Очевидно

что

 

перегрев

 

оболочки

 

кабеля

 

токами

 

КЗ

 

сверх

 

допустимых

 

значений

 

будет

 

невозможен

 

при

 

выборе

 

в

 

качестве

 

расчетного

 

времени

 

t

К

 

наи

-

большего

 

времени

 

из

 

числа

 

возможных

 

времен

 

дей

-

ствия

 

релейной

 

защиты

  (

основной

резервной

 

или

 

УРОВ

). 

Однако

 

при

 

таком

 

подходе

 

при

 

больших

 

токах

 

КЗ

 

в

 

электрической

 

сети

 

мы

 

будем

 

вынуждены

 

при

-

менять

 

кабели

 

с

 

большим

 

сечением

 

экрана

то

 

есть

 

более

 

дорогие

 

варианты

 

исполнения

 

кабельной

 

ли

-

нии

Таким

 

образом

имеет

 

место

 

противоречие

 

меж

-

ду

 

желанием

 

экономить

 

средства

 

при

 

строительстве

 

кабельной

 

линии

применяя

 

кабели

 

с

 

наименьшими

 

сечениями

 

экранов

 

и

 

вероятностью

 

выхода

 

кабеля

 

из

 

строя

 

при

 

отказе

 

защиты

 

с

 

выбранным

 

временем

 

действия

 

t

К

Общий

 

подход

 

при

 

выборе

 

указанного

 

времени

 

t

К

 

может

 

быть

 

предложен

 

следующий

При

 

проек

-

тировании

 

кабельной

 

линии

 

необходимо

 

проводить

 

технико

-

экономические

 

сравнения

 

затрат

 

на

 

соору

-

жение

 

КЛ

 

по

 

варианту

 

максимального

 

времени

 

дей

-

ствия

 

релейной

 

защиты

 

из

 

числа

 

возможных

 

и

 

вари

-

анта

 

выхода

 

кабеля

 

из

 

строя

 

при

 

отказе

 

основной

а

 

также

 

ступеней

 

резервной

 

защиты

действующих

 

при

 

КЗ

 

на

 

данной

 

линии

или

 

отказа

 

линейного

 

вы

-

ключателя

с

 

учетом

 

вероятности

 

отказа

и

 

стоимо

-

сти

 

дополнительных

 

затрат

 

на

 

восстановление

 

по

-

врежденной

 

КЛ

Если

 

речь

 

идет

 

о

 

коротких

 

кабельных

 

заходах

может

 

оказаться

 

более

 

выгодным

 

заменить

 

весь

 

ко

-

роткий

 

отрезок

 

кабеля

 

на

 

кабельном

 

заходе

 

при

 

его

 

пробое

 

или

 

повреждении

 

кабельных

 

муфт

 

при

 

очень

 

редком

 

отказе

 

всех

 

защит

 

линии

 

или

 

выключателя

чем

 

изначально

 

вкладывать

 

во

 

все

 

заходы

 

дополни

-

тельные

 

средства

 

на

 

более

 

дорогой

 

кабель

Тем

 

бо

-

лее

что

 

кабельная

 

линия

 (

сам

 

кабель

 

или

 

кабельная

 

муфта

все

 

равно

 

уже

 

повреждены

 

и

 

требуют

 

либо

 

замены

либо

 

ремонта

На

 

длинных

 

кабельных

 

вставках

 

очевидным

 

яв

-

ляется

 

выбор

 

в

 

качестве

 

расчетного

 

t

К

 

максимально

 

возможного

 

времени

 

действия

 

релейной

 

защиты

в

 

качестве

 

которого

 

целесообразно

 

принять

 

время

 

действия

 

вторых

 

и

 

третьих

 

ступеней

 

резервных

 

за

-

щит

 

линии

 

или

 

УРОВ

При

 

выборе

 

сечения

 

жилы

 

и

 

экрана

 

кабеля

 

следует

 

рассматривать

 

случай

ког

-

да

 

короткое

 

замыкание

 

отключается

 

с

 

одной

 

стороны

 

линии

 

действием

 

второй

  (

третьей

ступени

 

резерв

-

ной

 

защиты

 

или

 

действием

 

УРОВ

  (

максимальное

 

время

), 

а

 

с

 

противоположной

 

стороны

 — 

действием

 

первой

 

ступени

обычно

 

без

 

выдержки

 

времени

Дли

-

тельность

 

протекания

 

тока

 

КЗ

 

при

 

действии

 

первой

 

ступени

 

целесообразно

 

принять

 

с

 

некоторым

 

запа

-

сом

 

равной

 50–100 

мс

Очевидность

 

выбора

 

такого

 

подхода

 

обусловле

-

на

 

необходимостью

 

при

 

аварии

 

на

 

кабельной

 

линии

 

установки

 

на

 

ней

 

дополнительной

 

кабельной

 

муфты

 

в

 

месте

 

пробоя

 

кабеля

 

или

 

замены

 

повредившейся

 

кабельной

 

муфты

 

при

 

сохранении

 

всего

 

длинного

 

и

 

дорогостоящего

 

кабеля

Выбор

 

другого

 

варианта

 

приводит

 

к

 

необходимости

 

замены

 

самого

 

кабеля

повредившегося

 

вследствие

 

перегрева

 

по

 

всей

 

дли

-

не

 

или

 

на

 

неопределенных

 

достаточно

 

протяженных

 

участках

 

при

 

отказе

 

защит

 

или

 

выключателя

.

Как

 

на

 

КЛ

так

 

и

 

на

 

КВЛ

 

при

 

расчете

 

допустимого

 

тока

 

КЗ

 

по

 

формуле

 (1) 

необходимо

 

учитывать

 

апе

-

риодическую

 

составляющую

 

тока

 

КЗ

наличие

 

кото

-

рой

 

будет

 

приводить

 

к

 

увеличению

 

тепловыделения

 

в

 

кабеле

 

и

 

к

 

увеличению

 

температуры

 

жилы

 

и

 

экрана

 

кабеля

 

при

 

КЗ

В

 [3] 

рассматриваются

 

процессы

 

на

-

грева

 

КЛ

 

при

 

коротких

 

замыканиях

а

 

в

 [4] 

предложено

 

учет

 

апериодической

 

составляющей

 

тока

 

КЗ

 

осущест

-

влять

заложив

 

дополнительный

 

запас

 

в

 

величину

 

времени

 

отключения

 

КЗ

 

t

К

При

 

этом

 

формула

 (1) 

при

-

мет

 

вид

:

 ________

 

I

КЗДОП

 = 

I

1

СЕК

 / 

t

К

 

· 

К

A

,  

(2)

 1 (40) 2017


Page 4
background image

86

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ

где

 

К

A

 — 

коэффициент

 

учета

 

апериодической

 

со

-

ставляющей

 

тока

который

 

рассчитывается

 

по

 

фор

-

муле

 (3).

 

1 – exp(–2 · 

t

К

/

К

)

 

К

A

 

= 1 + — · sin 

, (3)

 

 

t

К

 / 

К

Из

 

формулы

 (3) 

следует

что

 

коэффициент

 

К

A

 

за

-

висит

 

от

 

начальной

 

фазы

 

тока

 

КЗ

  (

и

 

постоянной

 

времени

 

затухания

 

апериодической

 

составляющей

 

тока

  (

К

), 

которая

 

в

 

свою

 

очередь

 

зависит

 

от

 

схемы

 

и

 

класса

 

напряжения

 

сети

но

 

в

 

первом

 

приближении

 

может

 

быть

 

принята

 

равной

 75 

мс

 

для

 

шин

 

подстан

-

ций

 110 

кВ

 

и

 

выше

 

и

 315 

мс

 

для

 

шин

 

электростанций

Расчет

 

К

A

 

проведен

 

в

 [4].

Тепловое

 

воздействие

 

токов

 

КЗ

 

на

 

чисто

 

кабель

-

ной

 

линии

 

отличается

 

от

 

воздействия

 

тока

 

КЗ

 

на

 

кабельно

-

воздушной

 

линии

  (

КВЛ

тем

что

 

на

 

КВЛ

 

дополнительно

 

может

 

иметь

 

место

 

автоматическое

 

повторное

 

включение

 (

АПВ

линии

а

 

на

 

КЛ

 

АПВ

 

за

-

прещено

Таким

 

образом

на

 

КВЛ

 

может

 

иметь

 

место

 

дополнительное

 

тепловое

 

воздействие

 

токов

 

КЗ

 

на

 

жилу

 

и

 

экран

 

кабеля

 

при

 

неуспешных

 

АПВ

Целесообразно

 

проиллюстрировать

 

эти

 

рассуж

-

дения

 

некоторыми

 

конкретными

 

расчетами

Расчет

 

проводился

 

двумя

 

методами

аналитическим

 

и

 

ме

-

тодом

 

математического

 

моделиро

 

вания

.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ

 

МЕТОД

 

РАСЧЕТА

Температура

 

жилы

 

и

 

экрана

 

кабеля

 

при

 

протекании

 

по

 

ним

 

токов

 

КЗ

 

может

 

быть

 

рассчитана

 

из

 

условия

 

теплового

 

баланса

Учитывая

что

 

длительность

 

про

-

текания

 

токов

 

КЗ

  (

десятые

 

доли

 

и

 

единицы

 

секунд

несоизмеримо

 

меньше

 

постоянных

 

времени

 

нагрева

 

(

остывания

основной

 

изоляции

 

кабеля

 (

часы

и

 

обо

-

лочки

 

кабеля

 (

минуты

) [3], 

процесс

 

нагревания

 

жилы

 

и

 

экрана

 

при

 

КЗ

 

можно

 

считать

 

адиабатическим

Вся

 

энергия

выделяемая

 

в

 

активном

 

сопротивлении

 

жилы

 

кабеля

 

и

 

экрана

при

 

протекании

 

по

 

ним

 

тока

 

КЗ

 

тратится

 

на

 

нагрев

.

При

 

аналитическом

 

расчете

 

уравнение

 

теплового

 

баланса

 

для

 

кабельной

 

линии

 

определяется

 

выра

-

жениями

 (4) 

и

 (5), 

где

 

левая

 

часть

 

это

 — 

количество

 

энергии

выделившейся

 

в

 

жиле

  (

dW

Ж

или

 

экране

 

(

dW

Э

кабеля

 

при

 

протекании

 

тока

 

I

К

  (

A

в

 

течение

 

времени

 

dt

а

 

правая

 

часть

 — 

количество

 

тепла

ко

-

торое

 

необходимо

 

за

 

это

 

же

 

время

 

на

 

повышение

 

температуры

 

жилы

 

кабеля

 

сечением

 

F

Ж

  (

м

2

на

 

d

Ж

 

или

 

экрана

 

кабеля

 

сечением

 

F

Э

 

на

 

d

Э

 

dW

Ж

 = 

I

2

К

 

· 

R

Ж

 

· 

dt = C

М

 

· 

F

Ж

 

· 

М

 

· 1000

 

· 

d

Ж

 , 

(4)

 

dW

Э

 = 

I

2

К

 

· 

R

Э

 

· 

dt = C

М

 

· 

F

Э

 

· 

М

 

· 1000

 

· 

d

Э

 , 

(5)

где

 

I

К

 — 

действующее

 

значение

 

тока

 

КЗ

R

Ж

 

и

 

R

Э

 — 

удельные

 

активные

 

сопротивления

 

жилы

 

и

 

экрана

 

(

Ом

/

км

); 

C

М

 

— 

теплоемкость

 

меди

  (

Дж

 / (

кГ

·°

С

));

F

Ж

 

и

 

F

Э

 — 

поперечное

 

сечение

 

жилы

 

и

 

экрана

 

по

 

меди

  (

м

2

); 

М

 — 

плотность

 

меди

 (

кГ

/

м

3); 1000 — 

ко

-

эффициент

учитывающий

что

 

при

 

задании

 

удельно

-

го

 

активного

 

сопротивления

единичная

 

длина

 

кабе

-

ля

 

принята

 1 

км

.

Удельное

 

сопротивление

 

медной

 

жилы

 

R

Ж

 

или

 

экрана

 

R

Э

 

постоянному

 

току

 

при

 

температуре

 

от

-

личной

 

от

 20°

С

рассчитывается

 

в

 

соответствии

 

с

 [6] 

по

 

формуле

 

R

 = 

R

20 

· (242,5 + 

) / 262,5 , 

(6)   

где

 

R

20

 — 

удельное

 

сопротивление

 

жилы

 

или

 

экрана

 

кабеля

 

при

 

температуре

 20°

С

 (

приведены

 

в

 

катало

-

гах

 

кабелей

).

Разделив

 

переменные

 

и

 

преобразовав

 

уравне

-

ние

 (4), 

в

 

общем

 

случае

 

с

 

учетом

 

апериодической

 

со

-

ставляющей

 

в

 

токе

 

КЗ

 

для

 

жилы

 

или

 

экрана

 

кабеля

 

будем

 

иметь

:

 

R

20 

·

 

0

t

 (

i

K

 · sin 

t

 + 

К

 · 

i

K

 · 

e

t

/

)

2

 · 

dt

 = 

 = 

 C

М

 

· 

F

 

· 

М

 

· 262500

 

·

 

РАБ

1/(242,5 + 

) · 

d

 ,  (7)

где

 

i

K

 — 

амплитудное

 

значение

 

периодической

 

со

-

ставляющей

 

тока

 

КЗ

К

 — 

коэффициент

учитываю

-

щий

 

соотношение

 

начального

 

значения

 

апериоди

-

ческой

 

составляющей

 

и

 

амплитуды

 

периодической

 

составляющей

 

тока

 

КЗ

зависящий

 

от

 

момента

 

воз

-

никновения

 

КЗ

 

и

 

изменяющийся

 

от

 

нуля

 

до

 

единицы

 — 

постоянная

 

времени

 

затухания

 

апериодической

 

составляющей

 

тока

 

КЗ

.

Решение

 

относительно

 

температуры

 

Θ

 

данного

 

интегрального

 

уравнения

 

имеет

 

вид

:

 

 = (

РАБ

 

+ 242,5) · 

e

A

·

B

 – 

242,5 , 

(8)

где

 

 — 

текущая

 

температура

 

жилы

 

или

 

экрана

 

ка

-

беля

РАБ

 — 

рабочая

 (

начальная

температура

 

жилы

 

или

 

экрана

 

кабеля

 

до

 

возникновения

 

КЗ

A

 

и

 

B

 — 

ко

-

эффициенты

определяемые

 

в

 

соответствии

 

с

 

ниже

-

приведенными

 

выражениями

:

A = t 

+ 4 · 

K

 · 

 / ((1/

)

2

 + 

2

) · [1 – (

e

t

/

) · (1/

 · 

 sin 

t +

+ cos 

t

)] + 

 

· 

K

2

 

(1 – 

e

–2

t

/

) ;

B

 = 

I

2

К

 

· 

R

20 

262500 /

 C

М

 

F

 / 

М

.

С

 

использованием

 

полученного

 

выражения

 

про

-

изведены

 

расчеты

 

температур

 

жилы

 

и

 

оболочки

 

ка

-

беля

 

для

 

следующих

 

расчетных

 

вариантов

:  

 

воздействие

 

тока

 

КЗ

 

без

 

апериодической

 

состав

-

ляющей

;

 

воздействие

 

тока

 

КЗ

 

без

 

апериодической

 

состав

-

ляющей

 

при

 

наличии

 

неуспешного

 

АПВ

;

 

воздействие

 

тока

 

КЗ

 

при

 

наличии

 

апериодической

 

составляющей

;

 

воздействие

 

тока

 

КЗ

 

при

 

наличии

 

апериодической

 

составляющей

 

и

 

неуспешном

 

АПВ

Параметры

 

кабеля

по

 

каталогу

 

группы

 

компаний

 

«

Севкабель

» [6], 

приняты

 

следующими

Изоляция

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

жила

 

и

 

экран

 

выполнены

 

из

 

меди

F

Ж

 = 300 

мм

2

F

Э

 = 120 

мм

2

;

 R

Ж

20

 = 0,0601 

Ом

/

км

;

R

Э

20

 = 0,153 

Ом

/

км

длительная

 

допустимая

 

темпера

-

тура

 

жилы

 

ЖДОП

 = 90°

С

предельно

 

допустимая

 

тем

-

пература

 

жилы

 

при

 

КЗ

 

ЖПРЕД

 = 250°

С

предельно

 

до

-

пустимая

 

температура

 

экрана

 

при

 

КЗ

 

ЭПРЕД

 = 350°

С

.

Время

 

отключения

 

КЗ

 

действием

 

релейной

 

защи

-

ты

 

при

 

первичном

 

КЗ

 

t

РЗА

 

в

 

процессе

 

расчета

 

варьи

-

руется

время

 

отключения

 

КЗ

 

при

 

неуспешном

 

АПВ

 

принимается

 0,1 

с

.

При

 

расчете

 

приняты

 

следующие

 

допущения

:

 

процесс

 

нагревания

 

жилы

 

и

 

экрана

 

адиабатиче

-

ский

 

расчет

 

температур

 

жилы

 

и

 

кабеля

 

проводится

 

для

 

протяженных

 

кабельных

 

участков

не

 

учитывает

-

ся

 

температура

 

жилы

 

и

 

экрана

 

кабеля

 

в

 

месте

 

пробоя

которая

 

определяется

 

параметрами

 

элек

-

трической

 

дуги


Page 5
background image

87

 

экран

 

кабеля

 

заземлен

 

в

 

одной

 

точке

 

со

 

стороны

 

питающей

 

подстанции

;

 

по

 

жиле

 

и

 

экрану

 

протекает

 

один

 

и

 

тот

 

же

 

ток

который

 

не

 

зависит

 

от

 

места

 

возникновения

 

КЗ

 

в

 

кабеле

 

учет

 

повторного

 

воздействия

 

тока

 

КЗ

 

при

 

неу

-

спешном

 

АПВ

 

осуществлялся

 

увеличением

 

вре

-

мени

 

общего

 

воздействия

 

тока

 

КЗ

 

на

 

кабель

 

на

 

время

 

ускоренного

 

действия

 

защиты

 

линии

 

при

 

АПВ

 (0,1 

с

);

 

остывание

 

жилы

 

и

 

экрана

 

кабеля

 

за

 

время

 

бес

-

токовой

 

паузы

 (1,0–1,5 

с

перед

 

АПВ

 

в

 

расчетах

 

не

 

учитывается

;

 

апериодическая

 

составляющая

 

тока

 

КЗ

 (

как

 

с

 

уче

-

том

 

АПВ

так

 

и

 

без

 

учета

 

АПВ

имеет

 

начальное

 

значение

равное

 

амплитуде

 

периодической

 

составляющей

  (

К

 = 1), 

или

 

половине

 

амплитуды

 

периодической

 

составляющей

 (

К

 = 0,5).

Результаты

 

расчетов

 

приведены

 

в

 

таблице

 1. 

Красным

 

шрифтом

 

выделены

 

значения

 

температуры

 

экрана

 

кабеля

превышающие

 

предельно

 

допусти

-

мый

 

уровень

 (350°

С

). 

Синим

 — 

температуры

при

-

ближающиеся

 

к

 

предельно

-

допустимым

 

значениям

.

В

 

скобках

 

указаны

 

температуры

 

жилы

 

и

 

экрана

 

кабеля

 

при

 

начальном

 

значении

 

апериодической

 

со

-

ставляющей

 

в

 

токе

 

КЗ

равном

 50% 

от

 

максималь

-

ного

 

значения

 (

К

 = 0,5). 

Коэффициенты

 

К

A

 

для

 

учета

 

апериодической

 

составляющей

 

кабеля

 

при

 

опреде

-

лении

 

допустимого

 

тока

 

КЗ

 

соответствуют

 

предло

-

женным

 

в

 [4]. 

Результаты

 

расчета

 

иллюстрируются

 

рисунком

 1, 

на

 

котором

 

показано

 

изменение

 

температуры

 

экрана

 

кабеля

 

Э

 

при

 

протекании

 

тока

 

I

КЗДОП

 

и

 

принятом

 

рас

-

четном

 

времени

 

протекания

 

тока

 

t

К

В

 

первом

 

случае

Табл

. 1. 

Результаты

 

расчета

 

температуры

 

жилы

 

и

 

экрана

 

кабеля

 

при

 

КЗ

 

на

 

КЛ

 110 

кВ

Ток

 

КЗ

 

без

 

апе

-

риодической

 

со

-

ставляющей

 

при

 

отсутствии

 

АПВ

Ток

 

КЗ

 

без

 

апериоди

-

ческой

 

составляющей

 

при

 

наличии

 

АПВ

Ток

 

КЗ

 

с

 

апериодической

 

составляющей

 

К

=1 (

К

=0,5) 

при

 

отсутствии

 

АПВ

 

Ток

 

КЗ

 

с

 

апериодической

 

составляющей

 

К

=1 (

К

=0,5) 

при

 

наличии

 

АПВ

 

t

К

с

0,1

0,5

1

0,1+0,1

0,5+0,1

1+0,1

0,1

0,5

1

0,1+0,1

0,5+0,1

1+0,1

Допустимый

 

ток

 

КЗ

 

I

КЗДОП

 = 21400 

А

 

выбран

 

по

 

условию

t

К

 = 1 

с

ток

 

без

 

апериодической

 

составляющей

 (

К

A

=1)

ж

, °

С

93

106

122

96

109

126

95 (94)

108 (106)

125 (123)

99 (97)

112 (110)

128 (126)

э

, °

С

99

190

340

120

217

375

114 (103)

210 (196)

367

 

(346)

136 (125)

238 (225)

404 (382)

Допустимый

 

ток

 

КЗ

 

I

КЗДОП

 = 20640 

А

 

выбран

 

по

 

условию

t

К

 = 1 

с

апериодическая

 

составляющая

 

тока

 

с

 

 = 75 

мс

, (

К

A

=1,075)

ж

, °

С

93

105

120

96

108

123

95

107

122

98

110

126

э

, °

С

98

182

316

117

206

348

112

200

340

133

225

373

Допустимый

 

ток

 

КЗ

 

I

КЗДОП

 = 30264 

А

 

выбран

 

по

 

условию

t

К

 = 0,5 

с

ток

 

без

 

апериодической

 

составляющей

 (

К

A

=1)

ж

, °

С

96

122

157

103

129

165

101 (97)

127 (124)

163 (159)

107 (104)

134 (131)

171 (167)

э

, °

С

120

340

809

166

413

941

152 (128)

395 (353)

908 (833)

204 (175)

474 (428)

1052 (968)

Допустимый

 

ток

 

КЗ

 

I

КЗДОП

 = 28148 

А

 

выбран

 

по

 

условию

t

К

 = 0,5 

с

апериодическая

 

составляющая

 

тока

 

с

 

 = 75 

мс

 (

К

A

=1,14)

ж

, °

С

95

118

148

101

124

154

99

122

153

105

128

159

э

, °

С

114

295

654

153

353

751

141

339

727

185

401

831

Рис

. 1. 

Повышение

 

температуры

 

экрана

 

кабеля

 

от

 

действия

 

тока

 

КЗ

 

при

 

отсутствии

 

и

 

наличии

 

апериоди

-

ческой

 

составляющей

при

 

отключении

 

КЗ

 

при

 

наличии

 

и

 

отсутствии

 

неуспешного

 

АПВ

КЗ

 

отключается

 c 

максимальным

 

временем

 

t

К

 

и

 

за

-

претом

 

АПВ

Во

 

втором

 

случае

после

 

первичного

 

КЗ

 

имеет

 

место

 

неуспешное

 

АПВ

Суммарное

 

время

 

протекания

 

тока

 

КЗ

 

в

 

этом

 

случае

 

составляет

 

t

К

 + 

t

АПВ

.

Полученные

 

результаты

приведенные

 

в

 

таблице

 

и

 

на

 

рисунке

 1, 

позволяют

 

констатировать

 

несколь

-

ко

 

важных

 

положений

.

1. 

При

 

выборе

 

сечения

 

экрана

 

кабеля

 

по

 

заданному

 

периодическому

 

току

 

КЗ

 

и

 

расчетному

 

времени

 

действия

 

релейной

 

защиты

 (1 

секунда

), 

темпера

-

тура

 

жилы

 

и

 

экрана

 

кабеля

 

при

 

КЗ

 

в

 

кабеле

 

не

 

будут

 

превышать

 

допустимых

 

значений